文档介绍：汽车微机网络CAN协议及C级通信

由德国波许公司开发的CAN协议,其版本和规格较多。按英特尔公司的观点,,;按马自达汽车公司和古川电子公司的观点,将CAN协议归属为LAN中的一种;1993年11月,国际标准化组织ISO发布了ISO11898标准,CAN被确定为汽车数字信息交换的主要高速网络协议
LAN是微机网络中的一种类型,CAN只是LAN中的高速网络协议之一。按波许和奔驰公司的说法,由于汽车的某些技术要求和生产成本已超出了LAN的范围,因此开发了CAN。如CAN允许40m总线长度的数据传输速率达1Mbps,而采用其他协议,如前述按SAE-J1850-PWM编码的丰田皇冠等汽车, kbps;采用VAN协议的雷诺和标致汽车,传输速率也只达50kbps。
ISO11898标准定义的125kbits/s位速率是区别高速与中-低速网络的划界指标,所以,传输速率为1 Mbps的CAN,实际上已成为最有代表性的汽车高速网络协议。
“开放系统互连”7层协议参考模型的原因
ISO提出的“开放系统互连”(OSI)的7层协议参考模型,简称为ISO/OSI参考模型,其文本号为“ISO/TC97/SC16文本537号ISO建议7498”,这是目前国际上数据网的公认标准。ISO提出7层网络系统结构参考模型的目的,就是要在各种终端设备、微机、操作系统进程之间以及人们互相交换信息的过程中,能够逐步实现标准化。ISO/OSI参考模型从第一层到第七层依次为物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层。
CAN不采用ISO/OSI参考模型的主要原因有以下几点:
(1)在处理时间和控制信息方面,ISO/OSI各层的位、数据和时间的附加开销过多。
(2)OIS协议的应用对象主要是宽区域网络和较大的计算机之间的通信联系。
(3)办公用计算机之间不需要实时通信,因此,在分布式系统中,OIS协议不可能准确地支持车内微机之间的通信。
CAN网络结构主要包括两大部分,一是通信部分,二是网络管理部分(图1)。通信部分相当于OSI模型的物理层、数据链路层、传送层和应用层。CAN层按3个特定的子层分层:物理层和数据链路层作为通信硬件;另外还有附加的软件子层,软件子层的主要用途是针对不同的硬件在执行CAN协议时,提供通用的接口集。该子层还具有对CAN硬件配置和控制的驱动功能;还可以选择能提供两种附加数据传送服务
——确认数据传送服务和数据报传送服务的软件子层。传送层能对随机的长数据单元从一个站点到另一个站点提供透明而可靠的传送。交互层是各种服务和协议的集合,它支持不同站点应用过程或管理过程之间的交互作用。
图l CAN网络结构
网络管理部分的功用足为获得操作的安全性和可靠性,该部分成了各种功能和实体的和集,它能对网络配置进行检测,对失效进行校正及支持网络诊断等。
CAN协议的结构模型与OSI参考模型的主要区别有如下两点:第一,CAN网络结构各层的功能只限于车内通信的需要和为特定目的服务,相比OS17的层协议稍简单些,但效率要高些,尤其是实时控制效果最为显著;第二,CAN的信息不必通过所有的网络层,即在某一层中处理数据时,可直接调用较低层参与服务。

C级汽车通信是将要求施加在网络体系结构的底层,即前述的CAN层上,扩展用于汽车的CAN协议通过防撞和全局优先对这些要求寻址。C级通信由汽车3种信息组成:低速的车身电子信息;中速的参量传感器数据;实时控制信号,特别是由动力控制模块PCM、防抱死制动系统ABS和安全气囊系统SRS/SIR等驱动的高速控制信号。
对于上述的高性能系统,要求大网络带宽,信道存取快速,信息传送可靠,以及为了保证安全操作能预测响应时间。波许公司为奔驰汽车开发的CAN协议,界限分明,可避免系统功能重叠和能满足上述C级3种信息传送的要求。
4. CAN媒体的存取方案
CAN是以二进制支配算法(二进制逆序计数)为基础的防撞协议。为了访问共享媒体,在传输起始前,所有的节点都得等待空闲通道。每次传输开始,都带有特殊的识别号。节点同步传输争用信息是通过抵消的方法解决,即在检测l个支配(主)位的同时,发送1个从(属)位。因此,对于各个节点或各条信息,经由独特的识别值进行分配,可确保信息传输无碰撞。
由于所作的判定/仲裁只是信息的一部分,因此CAN提供的有效通信量可分为轻和重两种通信传输,此点与其他汽车通信协议是有区别的。
另外,由于有