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一、技術(shù)背景
在當(dāng)今的中高檔汽車中都采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備、控制器、測(cè)量?jī)x器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。一些汽車專家認(rèn)為，就像在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近10年來數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。
20世紀(jì)90年代以來，汽車上由電子控制單元(ECU)控制的部件數(shù)量越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動(dòng)懸架等等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的ECU數(shù)量越來越多。因此，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network）的概念也就應(yīng)運(yùn)而生了。CAN最早是由德國(guó)BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。
CAN協(xié)議中每一幀的數(shù)據(jù)量都不超過8個(gè)字節(jié)，以短幀多發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實(shí)時(shí)性；CAN總線的糾錯(cuò)能力非常強(qiáng)，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時(shí)CAN總線的速率可達(dá)到1M bit/s，是一個(gè)真正的高速網(wǎng)絡(luò)?？傊?，將CAN總線應(yīng)用在汽車中使用有很多優(yōu)點(diǎn)：
(1)用低成本的雙絞線電纜代替了車身內(nèi)昂貴的導(dǎo)線，并大幅度減少了用線數(shù)量；提高可靠性,安全性、降低成本。
(2)具有快速響應(yīng)時(shí)間和高可靠性，并適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用如剎車裝置和氣囊；控制平臺(tái)、信息平臺(tái)、駕駛平臺(tái)的互連基礎(chǔ)。
(3)CAN芯片可以抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價(jià)格，開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報(bào)道，中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進(jìn)行了初步試運(yùn)行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術(shù)。但總的來說，目前CAN總線技術(shù)在我國(guó)汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設(shè)計(jì)，因而存在著不少弊端。
比如，眾所周知汽車的核心設(shè)備就是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、冷卻劑溫度等等是和汽車駕駛是緊密相關(guān)的。傳統(tǒng)汽車儀表的設(shè)計(jì)方法是：通過放置在汽車部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)）內(nèi)部的傳感器，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如電壓、電流、脈沖信號(hào)，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換或計(jì)數(shù)器等，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可視的指針信號(hào)顯示在模擬儀表盤上。隨著汽車總線技術(shù)的發(fā)展，不少進(jìn)口的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不再直接向外提供傳感器信號(hào)，而改用CAN總線通信接口。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由于缺乏基于CAN總線的測(cè)試維修設(shè)備，目前我們的維修人員使用的方法只能是在發(fā)動(dòng)機(jī)上鉆孔，將傳感器直接放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，操作繁瑣、設(shè)備復(fù)雜，且不利于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。
又比如，現(xiàn)有的部分汽車儀表使用了專用的總線設(shè)計(jì)，由于硬件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，通信協(xié)議也不兼容，為甲公司汽車生產(chǎn)的儀表完全不能在乙公司的汽車上使用，生產(chǎn)成本難以降低、故障維修很不方便。如果能將各種專用總線統(tǒng)一到CAN總線標(biāo)準(zhǔn)上來，就可以解決問題。
再比如，在手動(dòng)擋汽車中，駕駛員的換擋是依照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，有可能發(fā)生應(yīng)該加高擋位而沒能及時(shí)加擋的情況，即低檔高速行駛，既不利于降低油耗，又容易造成汽車傳動(dòng)部件磨損。如果能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋提示，車輛就能始終保持在經(jīng)濟(jì)時(shí)速行駛。
根據(jù)ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)定義的OSI模型，CAN協(xié)議定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，這為不同的汽車廠商制定符合自身需要的應(yīng)用層協(xié)議提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系統(tǒng)，還需要在CAN的基礎(chǔ)上選擇合適的應(yīng)用層協(xié)議。如CANopen、SAE J1939等?！ ?/p>
J1939協(xié)議是目前在大型汽車中應(yīng)用最廣泛的應(yīng)用層協(xié)議，可達(dá)到250Kbps的通訊速率。J1939協(xié)議由美國(guó)SAE( Society of Automotive Engineer)組織維護(hù)和推廣。J1939協(xié)議具有如下特點(diǎn)：
(1)以CAN2.0B協(xié)議為基礎(chǔ)，物理層標(biāo)準(zhǔn)與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器及收發(fā)器。通訊速率最高可達(dá)到250Kbps。
(2)采用PDU( Protocol Data Unit 協(xié)議數(shù)據(jù)單元)傳送信息，每個(gè)PDU相當(dāng)于CAN協(xié)議中的一幀。由于每個(gè)CAN幀最多可傳輸8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，因此PDU的傳輸具有很高的實(shí)時(shí)性。
(3)利用CAN2.0B擴(kuò)展幀格式的29位標(biāo)志符定義每一個(gè)PDU的含義以及該P(yáng)DU的優(yōu)先級(jí)。
(4)J1939協(xié)議主要作為汽車中應(yīng)用的通訊協(xié)議，對(duì)汽車中應(yīng)用到的各類參數(shù)都進(jìn)行了規(guī)定。參數(shù)的規(guī)定符合ISO11992標(biāo)準(zhǔn)。
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