CANBUS總線基礎講解

1986 年2 月Robert Bosch 公司在SAE 汽車工程協(xié)會大會上介紹了一種新型的串行總線CAN
控制器局域網(wǎng),那是CAN 誕生的時刻今天在歐洲幾乎每一輛新客車均裝配有CAN 局域網(wǎng)同樣CAN
也用于其他類型的交通工具從火車到輪船或者用于工業(yè)控制CAN 已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之
一 甚至領導著串行總線在1999 年接近6 千萬個CAN 控制器投入應用2000 年市場銷售超過
1 億個CAN 器件
在1980 年的早些時候Bosch 公司的工程師就開始論證當時的串行總線用于客車系統(tǒng)的可行性因為
沒有一種現(xiàn)成的網(wǎng)絡方案能夠完全滿足汽車工程師們的要求于是在1983 年初Uwe Kiencke 開始研究
一種新的串行總線新總線的主要方向是增加新功能減少電氣連接線 使其能夠用于產(chǎn)品而非用于驅(qū)
動技術來自 Mercedes-Benz 的工程師較早制定了總線的狀態(tài)說明而Intel 也準備作為半導體生產(chǎn)的主要
廠商當時聘請的顧問之一是來自于德國Braunschweig-Wolfenbüttel 的Applied Science 大學教授Wolfhard
Lawrenz 博士 給出了新網(wǎng)絡方案的名字Controller Area Network ,簡稱CAN 來自Karlsruhe 大學的教授
Horst Wettstein 博士也提供了理論支持
1986 年2 月CAN 誕生了在底特律的汽車工程協(xié)會大會上由 Bosch 公司研究的新總線系統(tǒng)被稱為
汽車串行控制器局域網(wǎng) Uwe Kiencke Siegfried Dais 和 Martin Litschel 分別介紹了這種多主網(wǎng)絡
方案此方案基于非破壞性的仲裁機制能夠確保高優(yōu)先級報文的無延遲傳輸并且不需要在總線上設
置主控制器此外CAN 之父上述幾位教授和Bosch 公司的Wolfgang Borst Wolfgang Botzenhard
Otto Karl Helmut Schelling Jan Unruh 已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)種在CAN 中的錯誤檢測機制該錯誤檢測也包括自
動斷開故障節(jié)點功能以確保能繼續(xù)進行剩余節(jié)點之間的通訊傳輸?shù)膱笪牟⒎歉鶕?jù)報文發(fā)送器/接收器的
節(jié)點地址識別幾乎其它的總線都是如此而是根據(jù)報文的內(nèi)容識別同時用于識別報文的標識符也規(guī)
定了該報文在系統(tǒng)中的優(yōu)先級
當關于這種革新的通訊方案的大部分文字內(nèi)容制定之后于1987 年中期Intel 提前計劃2 個月交付了
首枚CAN 控制器82526 這是CAN 方案首次通過硬件實現(xiàn)僅僅用了四年的時間設想就變成了現(xiàn)實
不久之后Philips 半導體推出了82C200 這兩枚最先的CAN 控制器在驗收濾波和報文控制方面有許多不
同一方面由Intel 主推的FullCAN比由Philips 主推的BasicCAN占用較少的CPU載荷另一方面 FullCAN
器件所能接收的報文數(shù)目相對受到限制BasicCAN 控制器僅需較少的硅晶體今天的CAN 控制器中孫
子輩們在同一模塊中的驗收濾波和報文控制方面仍有相當?shù)牟煌圃斐鯞asicCAN 和FullCAN 兩大陣
營
標準化與一致性
在1990 年早些時候Bosch CAN 規(guī)范CAN 2.0 版被提交給國際標準化組織在數(shù)次行政討論之后
應一些主要的法國汽車廠商要求增加了Vehicle Area Network VAN 內(nèi)容并于1993 年11 月出版了
CAN 的國際標準ISO11898 除了CAN 協(xié)議外它也規(guī)定了最高至1Mbps 波特率時的物理層同時在國
際標準ISO11519-2 中也規(guī)定了CAN 數(shù)據(jù)傳輸中的容錯方法1995 年國際標準ISO11898 進行了擴展
以附錄的形式說明了29 位CAN 標識符
但令人傷心的是所有出版的CAN 規(guī)范均包含錯誤或者不完整因此為避免出現(xiàn)不兼容的CAN 應
用Bosch 公司一直在進行驗證CAN 芯片是否基于Bosch 的CAN 參考模型的工件此外幾年來在Lawrenz
教授領導下位于德國Braunschweig/Wolfenbüttel 的 Applied Science 大學進行CAN 的一致性測試測試模
式基于國際標準測試規(guī)范ISO16845
當前修訂的CAN 規(guī)范正在標準化中ISO11898-1 稱為CAN 數(shù)據(jù)鏈路層ISO11898-2 稱為非容
錯CAN 物理層ISO11898-3 稱為容錯CAN 物理層國際標準ISO11992 卡車和拖車接口和ISO11783
農(nóng)業(yè)和森林機械都在美國標準J1939 的基礎上定義了基于CAN 應用的子協(xié)議但是它們并不完整
CAN 先行者的發(fā)展
盡管當初研究CAN 的起點是應用于客車系統(tǒng)但CAN 的第一個市場應用卻來自于其他領域特別是
在北歐CAN 早已得到非常普遍的應用在荷蘭電梯廠商Kone 使用CAN 總線瑞士工程辦公室Kvaser
已建議將CAN 應用至一些紡織機械廠Lindauer Dornier 和 Sulzer 并由他們提供機器的通訊協(xié)議這一
領域中在 Lars-Berno Fredriksson 的領導下公司建立了CAN 紡織機械用戶集團 到1989 年他們
已研究出通訊原理并于1990 年早期幫助建立CAN Kingdom 開發(fā)環(huán)境盡管CAN Kingdom 并不是一
種基于OSI 參考模型的應用層但它被認為是基于CAN 的高層協(xié)議的原型
在荷蘭Philips 醫(yī)療系統(tǒng)決定使用CAN 構成X 光機的內(nèi)部網(wǎng)絡成為CAN 的工業(yè)用戶主要由Tom
Suters 發(fā)表的Philips 報文規(guī)范PMS 提出了CAN 網(wǎng)絡的第一個應用層來自德國Weingarten 的Applied
Science 大學教授 Konrad Etschberger 博士也持同樣的觀點他管理Steinbeis Transfer Center for Process
Automation Stzp 公司現(xiàn)在更名為IXXAT Automation 公司并開發(fā)出一個類似的方案
不管如何第一個高層協(xié)議正在形成大多數(shù)CAN 的先行者使用單片電路的方法通訊功能網(wǎng)絡管
理應用代碼組合在同一個軟件之中即使一些用戶有較多的標準模塊可供利用但面對所有的解決方案
他們也一定存在著缺陷必須持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展CAN 的高層協(xié)議即使在今天仍然有部分用戶低估這個
問題
在1990 年的早些時候開始籌劃成立一個用戶組織從而將不同的解決方案標準化在1992 年初的
幾個月里當時VMEbus 雜志的主管出版社Franzis Holger Zeltwanger 將用戶和廠商集中在一起討
論建立一個促進CAN 技術發(fā)展的中立平臺同時也針對串行總線市場進行分析1992 年5 月CiA CAN
in Automation 用戶集團正式成立僅在幾個星期后CiA 即發(fā)表了第一份技術雜志那是關于物理層的
CiA 推薦僅使用遵循ISO11898 的CAN 收發(fā)器到現(xiàn)在為止在當時的CAN 網(wǎng)絡中使用非常普遍但并不
兼容的RS-485 收發(fā)器已基本消失盡管它也是廠商提供的
CiA 的首批任務之一是規(guī)定CAN 的應用層根據(jù)Philips 醫(yī)療系統(tǒng)PMS 和Stzp 所提供的內(nèi)容依
靠其余CiA 會員的協(xié)助CAL CAN 應用層也稱為綠皮書誕生了在制定CAN 應用規(guī)范時
CiA 的一個主要任務是進行CAN 專家和其他CAN 學習者之間的信息交流因此從1994 年起CiA 每年
召開一次國際CAN 會議iCC
另外一個理論的方法是借鑒于LAV 一個農(nóng)業(yè)的交通工具協(xié)會在1980 年晚些時候開始一個基于
CAN 的農(nóng)業(yè)交通工具總線系統(tǒng)LBS 被制定出但在工作最終完成前國際標準化委員會決定改向支持
US 解決方案J1939 這也是一個基于CAN 的應用子協(xié)議由SAE 的 Truck and Bus 協(xié)會制定J1939
是一個非模塊化的方案簡單易學但靈活性很差
從理論到實踐
當然生產(chǎn)CAN 模塊集成器件的15 家半導體廠商主要聚焦于汽車工業(yè)從1990 年中期起Infineon
公司和Motorola 公司已向歐洲的客車廠商提供了大量的CAN 控制器作為下一波從1990 年后期起遠
東的半導體廠商也開始提供CAN 控制器1994 年NEC 推出了傳說中的CAN 芯片 72005 但是這一
步太早了當時這個器件并不能投入使用
從1992 年起Mercedes-Benz 奔馳 開始在他們的高級客車中使用CAN 技術第一步使用電子控制
器通過CAN 對發(fā)動機進行管理第二步使用控制器接收人們的操作信號這就使用了2 個物理上獨立的
CAN 總線系統(tǒng)它們通過網(wǎng)關連接其他的客車廠商也紛紛趕來斯圖加特學習在他們的客車上也使用2
當前修訂的CAN 規(guī)范正在標準化中ISO11898-1 稱為CAN 數(shù)據(jù)鏈路層ISO11898-2 稱為非容
錯CAN 物理層ISO11898-3 稱為容錯CAN 物理層國際標準ISO11992 卡車和拖車接口和ISO11783
農(nóng)業(yè)和森林機械都在美國標準J1939 的基礎上定義了基于CAN 應用的子協(xié)議但是它們并不完整
CAN 先行者的發(fā)展
盡管當初研究CAN 的起點是應用于客車系統(tǒng)但CAN 的第一個市場應用卻來自于其他領域特別是
在北歐CAN 早已得到非常普遍的應用在荷蘭電梯廠商Kone 使用CAN 總線瑞士工程辦公室Kvaser
已建議將CAN 應用至一些紡織機械廠Lindauer Dornier 和 Sulzer 并由他們提供機器的通訊協(xié)議這一
領域中在 Lars-Berno Fredriksson 的領導下公司建立了CAN 紡織機械用戶集團 到1989 年他們
已研究出通訊原理并于1990 年早期幫助建立CAN Kingdom 開發(fā)環(huán)境盡管CAN Kingdom 并不是一
種基于OSI 參考模型的應用層但它被認為是基于CAN 的高層協(xié)議的原型
在荷蘭Philips 醫(yī)療系統(tǒng)決定使用CAN 構成X 光機的內(nèi)部網(wǎng)絡成為CAN 的工業(yè)用戶主要由Tom
Suters 發(fā)表的Philips 報文規(guī)范PMS 提出了CAN 網(wǎng)絡的第一個應用層來自德國Weingarten 的Applied
Science 大學教授 Konrad Etschberger 博士也持同樣的觀點他管理Steinbeis Transfer Center for Process
Automation Stzp 公司現(xiàn)在更名為IXXAT Automation 公司并開發(fā)出一個類似的方案
不管如何第一個高層協(xié)議正在形成大多數(shù)CAN 的先行者使用單片電路的方法通訊功能網(wǎng)絡管
理應用代碼組合在同一個軟件之中即使一些用戶有較多的標準模塊可供利用但面對所有的解決方案
他們也一定存在著缺陷必須持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展CAN 的高層協(xié)議即使在今天仍然有部分用戶低估這個
問題
在1990 年的早些時候開始籌劃成立一個用戶組織從而將不同的解決方案標準化在1992 年初的
幾個月里當時VMEbus 雜志的主管出版社Franzis Holger Zeltwanger 將用戶和廠商集中在一起討
論建立一個促進CAN 技術發(fā)展的中立平臺同時也針對串行總線市場進行分析1992 年5 月CiA CAN
in Automation 用戶集團正式成立僅在幾個星期后CiA 即發(fā)表了第一份技術雜志那是關于物理層的
CiA 推薦僅使用遵循ISO11898 的CAN 收發(fā)器到現(xiàn)在為止在當時的CAN 網(wǎng)絡中使用非常普遍但并不
兼容的RS-485 收發(fā)器已基本消失盡管它也是廠商提供的
CiA 的首批任務之一是規(guī)定CAN 的應用層根據(jù)Philips 醫(yī)療系統(tǒng)PMS 和Stzp 所提供的內(nèi)容依
靠其余CiA 會員的協(xié)助CAL CAN 應用層也稱為綠皮書誕生了在制定CAN 應用規(guī)范時
CiA 的一個主要任務是進行CAN 專家和其他CAN 學習者之間的信息交流因此從1994 年起CiA 每年
召開一次國際CAN 會議iCC
另外一個理論的方法是借鑒于LAV 一個農(nóng)業(yè)的交通工具協(xié)會在1980 年晚些時候開始一個基于
CAN 的農(nóng)業(yè)交通工具總線系統(tǒng)LBS 被制定出但在工作最終完成前國際標準化委員會決定改向支持
US 解決方案J1939 這也是一個基于CAN 的應用子協(xié)議由SAE 的 Truck and Bus 協(xié)會制定J1939
是一個非模塊化的方案簡單易學但靈活性很差
從理論到實踐
當然生產(chǎn)CAN 模塊集成器件的15 家半導體廠商主要聚焦于汽車工業(yè)從1990 年中期起Infineon
公司和Motorola 公司已向歐洲的客車廠商提供了大量的CAN 控制器作為下一波從1990 年后期起遠
東的半導體廠商也開始提供CAN 控制器1994 年NEC 推出了傳說中的CAN 芯片 72005 但是這一
步太早了當時這個器件并不能投入使用
從1992 年起Mercedes-Benz 奔馳 開始在他們的高級客車中使用CAN 技術第一步使用電子控制
器通過CAN 對發(fā)動機進行管理第二步使用控制器接收人們的操作信號這就使用了2 個物理上獨立的
CAN 總線系統(tǒng)它們通過網(wǎng)關連接其他的客車廠商也紛紛趕來斯圖加特學習在他們的客車上也使用2