《清华大学CAN总线》课件

清华大学总线CAN清华大学总线是汽车电子领域的基础课程，介绍了控制器局域网络（CAN CAN）的基本原理、架构和应用什么是总线CAN汽车电子通信协议数据传输与控制

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2.12控制器局域网络（）总线总线用于在车辆中的不同CAN CAN是一种广泛应用于汽车电子系电子控制单元（ECU）之间传统中的串行通信协议输数据和控制信号实时性与可靠性标准化与兼容性

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4.34总线提供实时可靠的通信总线标准由国际标准化组CAN CAN，以确保车辆的正常运行和安织（ISO）制定，并广泛应用全性能于汽车行业总线的特点CAN多节点通信可靠性高总线支持多个节点同时通信，每个节点都可以发送和接收消息总线具有错误检测和恢复机制，可以确保数据的可靠传输CAN CAN实时性强灵活扩展总线采用优先级仲裁机制，可以保证重要消息优先传输总线支持多种协议，可以满足不同应用的需求CAN CAN总线的优势CAN高可靠性高实时性高灵活性低成本总线具有错误检测和纠总线采用广播通信方式总线支持热插拔，可以总线采用低成本的硬件CAN CAN CAN CAN正机制，即使在恶劣环境下也，每个节点都能同时接收到所方便地添加或删除节点，满足和软件，降低了系统开发和维能确保数据传输的可靠性有信息，提高了数据传输的实系统扩展的需求护成本时性总线支持多种通信协议总线已广泛应用于汽车CAN CANCAN总线支持多节点通信，CAN总线支持多级优先级仲，可以与其他总线系统进行互、工业自动化等领域，具有成即使部分节点出现故障，也不裁，确保重要数据优先传输，联互通熟的产业链，易于获取相关的会影响整个系统运行满足实时控制系统的要求产品和技术支持总线的应用领域CAN汽车行业工业自动化汽车电子控制系统，包括发动机管理、安全气工业控制系统，例如机器人控制、过程控制、囊、车身控制等机器视觉等医疗设备航空航天医疗设备控制，例如医疗影像设备、生命体征航空航天设备控制，例如飞机控制系统、卫星监测仪等数据传输等总线的框架结构CAN总线是一种基于消息的串行通信协议，由控制器区域网络（CAN）组成它采用多主方式，允许多个Controller AreaNetwork节点同时发送数据总线根据层次结构，可以分为物理层、数据链路层和应用层CAN物理层负责信号的传输，数据链路层负责数据帧的发送和接收，应用层负责具体的应用实现总线的物理层CAN总线的物理层定义了信号的电气特性、传输介质和连接器等它负责将数CAN据信号转换为电信号，并通过物理线路传输到其他节点物理层主要包括总线介质、连接器、信号编码和传输速率等方面总线介质通常采用双绞线，连接器则采用标准的型连接器信号编码采用差分信号方式，传D输速率可以达到1Mbps总线的数据链路层CAN帧格式和协议协议栈错误处理CAN数据链路层定义了数据帧的格式，包数据链路层位于物理层之上，负责数据帧的数据链路层包含错误检测和处理机制，如括数据字段、控制字段和校验字段，以及数封装和解析，实现节点之间的通信CRC校验、错误帧识别和重传，确保数据传据传输协议，保证数据在网络中的可靠传输输的完整性和可靠性总线的传输机制CAN报文发送1节点发送数据报文，包含数据和标识符标识符用于区分不同节点和消息类型仲裁过程2多个节点同时发送报文时，会进行仲裁，优先级高的节点获得发送权，优先级低的节点延迟发送报文接收3接收节点根据报文标识符识别数据内容，并进行相应的处理，例如更新数据或触发控制指令总线的仲裁机制CAN优先级1高优先级节点优先发送竞争2多个节点同时发送数据仲裁3优先级高的节点获胜总线采用了一种独特的仲裁机制，用于解决多个节点同时发送数据的冲突问题每个节点都具有一个唯一的标识符，用来表示其优先CAN级当多个节点同时发送数据时，它们会互相竞争，优先级高的节点会获得发送数据的权利仲裁过程通过逐位比较节点标识符来完成，优先级高的节点会保持其数据位不变，而优先级低的节点会将数据位设置为显性状态，从而让优先级高的节点获胜控制器的功能CAN接收和发送消息消息过滤和优先级处理CAN12控制器负责接收来自外部设备的控制器根据预先设定的过滤器，选CAN CAN消息，并根据用户程序指令发送择接收哪些消息，并根据消息的优CAN CANCAN消息到总线先级排序，避免消息丢失错误检测和处理通信状态管理34控制器负责检测总线上的错误，并控制器负责管理总线的通信状CAN CAN CAN采取相应的措施，如重发错误消息，使态，如总线的负载状态，节点的连接状系统保持可靠运行态等，保证总线正常运行总线的错误处理CAN错误检测错误处理错误恢复错误管理总线使用校验码来总线使用错误帧来通知节点可以根据错误类型总线通过错误计数器来CAN CRCCAN CAN CAN检测数据传输过程中的错误其他节点发生错误和错误代码进行相应的处理监控错误率错误帧包含错误类型和错误代当错误率超过一定阈值时，如果检测到错误，发送方会重码，帮助诊断和修复错误例如，重新发送数据或进入错CAN节点会进入错误状态，新发送数据误状态停止发送数据节点的初始化过程CAN电源初始化启动CAN节点，为其供电，确保CAN节点的正常工作配置寄存器设置CAN节点的通信参数，包括波特率、数据格式、接收邮箱等使能通信配置完成后，使能CAN节点的通信功能，准备接收和发送CAN消息测试连接发送测试消息，验证CAN节点是否连接成功，以及是否能够正常发送和接收消息总线消息帧格式CAN标准数据帧远程帧错误帧标准数据帧是CAN总线中最常见的帧类型远程帧用于请求数据，而不是传输数据错误帧用于标识总线上的错误情况，并进行，用于传输数据信息错误处理总线的通信时序CAN同步阶段1节点同步，保证数据传输的一致性仲裁阶段2多个节点竞争总线，确定发送节点数据传输阶段3发送节点将数据发送至总线结束阶段4发送结束后，总线恢复空闲状态总线的通信时序由四个阶段组成，分别是同步阶段、仲裁阶段、数据传输阶段和结束阶段每个阶段都有明确的时间要求，以保证节点之间的CAN数据传输能够正常进行总线的同步机制CAN时间同步网络同步所有节点共享同一个时钟信号，保证数据传输节点之间协调时间，确保消息的顺序性的精确性硬件同步软件同步利用硬件电路实现时间同步，提高系统实时性通过软件算法实现时间同步，提高系统灵活性总线的故障诊断CAN错误检测错误恢复CAN总线使用CRC校验码，确保错误恢复机制允许节点从错误中数据传输的完整性节点会监测恢复，例如重新发送数据或进入错误，并在必要时发送错误帧错误被动模式故障隔离诊断工具故障隔离功能有助于识别故障节专门的诊断工具可以监控CAN总点，并将其从网络中隔离，以防线的运行状态，并帮助识别和解止故障扩散决故障问题总线的设计CAN EMC抑制电磁干扰抗电磁干扰

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2.12总线在运行时会产生电磁干扰，可能影响其他电子设备总线本身需要抵抗来自其他设备的电磁干扰，保证正常CAN CAN工作降低发射功率增强抗噪能力

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4.34降低总线的发射功率，减少对周围环境的干扰提高总线对环境噪声的抵抗能力，保证可靠通信CAN CAN总线的系统配置CAN硬件配置软件配置系统集成总线系统包括控制器、收发软件配置包括总线驱动程序、总总线系统需要根据具体应用需求进行CAN CAN CAN CAN CAN CAN器、微处理器、外设等组件，这些组件通过线协议栈、应用层软件等，这些软件共同完合理的配置和集成，包括硬件选择、软件开CAN总线连接在一起，构成一个完整的系成CAN总线的通信和数据处理发、通信协议定义等统总线的软件实现CAN驱动程序CAN驱动程序是操作系统与CAN控制器之间桥梁它提供了用户程序访问CAN总线的接口，并处理底层通信细节通信协议栈通信协议栈包含CAN总线的物理层、数据链路层和应用层协议，实现CAN总线的通信机制应用层软件应用层软件根据具体的应用需求，使用CAN总线进行数据采集、控制、诊断等操作调试工具调试工具用于监控CAN总线上的数据流，帮助开发人员进行调试和故障诊断总线驱动的开发CAN驱动程序类型驱动程序功能总线驱动程序分为硬件驱动驱动程序负责与控制器通信CAN CAN和软件驱动，分别用于控制硬件，发送和接收CAN消息，处理中设备和实现软件功能断和错误，提供应用程序接口驱动程序开发步骤驱动程序性能驱动程序开发需要了解CAN总线驱动程序需要满足实时性要求，协议，硬件架构，并遵循操作系保证消息发送和接收的效率和稳统规范，进行代码编写、调试和定性，并支持多任务和多线程操测试作总线测试的方法CAN硬件测试软件测试硬件测试主要包括信号质量测试、时序测软件测试主要包括协议测试、功能测试、试、电磁兼容性测试等可以使用示波器性能测试等可以使用专用的CAN总线测、逻辑分析仪等工具进行测试总线试软件进行测试软件测试可以验证CAN CAN硬件测试可以保证信号传输的可靠性和稳总线协议的正确性和功能的实现定性总线的性能评估CANCAN总线性能评估主要考察数据传输速率、延迟、可靠性和抗干扰性数据传输速率主要取决于CAN总线的工作频率和数据帧格式延迟主要取决于CAN总线协议的处理时间和网络负载可靠性主要取决于CAN总线的错误检测和纠错机制抗干扰性主要取决于CAN总线的物理层和数据链路层总线的应用案例CAN总线广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等领域例如，汽车上的发CAN动机控制系统、安全气囊系统和车身电子系统等都采用了总线CAN此外，总线还应用于工业自动化中的机器人控制、过程控制、数据采集等CAN系统，以及医疗设备的远程监控、数据传输等应用总线与其他总线的比较CAN以太网RS-485以太网是一种常见的网络协议，主要用于局域RS-485是一种串行通信协议，具有较强的抗干网通信，数据传输速率较高，但实时性较差扰能力，适用于长距离通信，但传输速率较低总线USB LIN是一种高速串行通信协议，主要用于连接总线是一种低成本的串行通信协议，主要用USB LIN外设，数据传输速率较高，但实时性较差于汽车上的低速通信，实时性较好，但传输速率较低总线的国内外标准CANISO11898SAE J193912国际标准化组织制定的美国汽车工程师学会制ISO SAE总线标准，涵盖了总定的总线标准，主要应用CAN CAN CAN线的物理层和数据链路层规范于重型汽车和商用车辆的网络通信GB/T156223中国国家标准，规定了总线在汽车电子领域的应用规范CAN总线的发展趋势CAN高速化智能化总线速度不断提升，以满足日益增长的数总线与人工智能、物联网等技术相结合，CAN CAN据传输需求实现更智能的控制和管理无线化安全性总线与无线通信技术结合，实现无线数据总线安全性得到加强，防止网络攻击和数CAN CAN传输据泄露总线技术的前景展望CAN不断发展应用范围扩大融合创新智能化总线技术不断发展，不总线将扩展到更多应用总线将与其他技术融合总线将更加智能化，例CANCANCANCAN断提升其性能和功能，例如支领域，例如智能交通、工业自，例如物联网、云计算和人工如自适应网络配置、自诊断功持更高速率、更可靠的通信，动化和智慧城市等智能，创造更强大的应用场景能和数据加密等以及更智能的协议总线技术在清华大学的应用CAN教学与科研智能汽车清华大学广泛应用总线技术进行教学和科研，培养学生和科研清华大学在智能汽车领域开展了大量研究，总线技术被用于车CANCAN人员的CAN总线应用能力，推动相关领域的技术进步辆控制、数据采集和通信，助力智能汽车技术发展工业自动化物联网清华大学在工业自动化领域也积极应用总线技术，用于控制和清华大学将总线技术应用于物联网领域，构建传感器网络，实CANCAN监控工业设备，提高生产效率和安全性现数据的实时采集和传输，推动物联网技术发展清华大学总线实验平台介绍CAN清华大学拥有完善的总线实验平台，为学生和研究人员提供CAN实践学习和探索的机会该平台包含各种总线设备，例如CAN分析仪、收发器和控制器CANCANCAN学生可以进行总线的通信实验，学习总线的协议和应用CANCAN，并进行相关项目开发平台也为研究人员提供先进的设备和工具，支持他们进行总线相关的科学研究CAN结论与展望总线在汽车行业中发挥着重要作用，并已成为汽车电子控制系统中不可或CAN缺的一部分随着汽车电子技术的不断发展，总线技术也将不断完善和发展，未来将向CAN着更高速度、更低成本、更安全可靠的方向发展。