汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用

前言

　　隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上的電子控制單元（ECU）也越來越多，采用能夠滿足多路復(fù)用的總線通信系統(tǒng)，可以將各個ECU連接成為一個網(wǎng)絡(luò)，以共享的方式傳送數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字通信與控制功能。因此，基于簡化汽車線束、增強控制功能、提高安全保證、降低燃油消耗、節(jié)約制造成本等多方面的考慮，采用數(shù)字化車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會為汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來一個巨大的飛躍，而CAN（Controller Area Network）總線是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的組成部分，目前，它已在汽車動力系統(tǒng)和車身系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信與控制中得到廣泛的應(yīng)用?！　AN即控制器局域網(wǎng)，是由德國BOSCH公司提出并在國際上應(yīng)用最廣的現(xiàn)場總線之一。1993年11月國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正式頒布了道路交通運輸工具-數(shù)據(jù)信息交換-高速通信控制器局域網(wǎng)（CAN）國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，它為CAN總線在汽車上的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化應(yīng)用鋪平了道路。本書全面、系統(tǒng)地介紹了汽車CAN總線的基本原理、應(yīng)用層協(xié)議制定、系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計、基于CAN的標(biāo)定協(xié)議等內(nèi)容，并且通過實例介紹了汽車CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計方法。　　美國飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司是全球最大的汽車半導(dǎo)體供應(yīng)商，其產(chǎn)品在汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有領(lǐng)先地位。飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司能夠提供廣泛的CAN系列產(chǎn)品，包括帶CAN接口的8位/16位/32位微控制器，以及用于高速和低速CAN總線通信的收發(fā)器等。本書在應(yīng)用飛思卡爾公司微控制器的基礎(chǔ)上，對基于MSCAN的CAN通信編程方法、基于XGATE的CAN通信編程方法以及CAN Bootloader的設(shè)計和應(yīng)用等進行了詳細(xì)的介紹，這些內(nèi)容將會為汽車CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計帶來極大的便利?！　∪珪?0章，其中第1章介紹了汽車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的特點，全面闡述了當(dāng)今汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型、應(yīng)用及其發(fā)展趨勢；第2章介紹了CAN總線通信系統(tǒng)的基本原理以及時間觸發(fā)CAN總線的特點；第3章介紹了專門用于卡車、大客車等的CAN總線通信協(xié)議SAE J1939的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層內(nèi)容，同時概述了故障診斷及網(wǎng)絡(luò)管理的方法；第4～5章介紹了帶CAN接口的飛思卡爾微控制器以及MSCAN的特點、結(jié)構(gòu)和功能，詳細(xì)介紹了基于MSCAN的CAN通信編程方法；第6章針對飛思卡爾新一代的16位微處理器系列S12X（E）的協(xié)處理器XGATE的特點，介紹了基于XGATE的CAN通信編程方法；第7章介紹了用于CAN總線通信的收發(fā)器原理及應(yīng)用；第8章介紹CAN總線應(yīng)用中的Bootloader，并基于飛思卡爾16位微控制器和MSCAN模塊給出一個S12系列通用的CAN Bootloader制作和應(yīng)用的實例；第9章對基于CAN總線的標(biāo)定協(xié)議進行了詳細(xì)的介紹并給出了應(yīng)用實例；第10章介紹了汽車CAN總線系統(tǒng)設(shè)計的流程，并以車身控制系統(tǒng)為例介紹了汽車CAN總線系統(tǒng)設(shè)計、仿真和測試方法。　　同濟大學(xué)汽車學(xué)院是我國最早從事汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)的科研機構(gòu)之一，經(jīng)過十余年的努力，目前已具備了國際一流的汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)手段，在汽車CAN、LIN、FlexRay等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)方面取得了很大的成績，研發(fā)工作包括汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計、仿真、測試和標(biāo)定等內(nèi)容。同時，我們與國際同行保持著密切的交流及合作，作者曾在德國Wolfhard Lawrenz教授（CAN命名者）所主持的C&S Group進行了為期一年的訪問研究，對于國際上的研發(fā)水平有著全面的了解。我們已與美國飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司（Freescale Semiconductor）合作成立了“同濟大學(xué)飛思卡爾汽車電子聯(lián)合實驗室”、與美國明導(dǎo)公司（Mentor Graphics）合作成立了“同濟大學(xué)-明導(dǎo)汽車電子系統(tǒng)設(shè)計聯(lián)合實驗室暨技術(shù)培訓(xùn)中心”、與德國宜爾公司（IHR GmbH）成立了“同濟大學(xué)汽車學(xué)院-德國宜爾公司車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)合實驗室”。這些交流與合作對于我們在汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位具有重要意義。本書是作者多年來從事汽車CAN總線系統(tǒng)研發(fā)工作的積累，希望能夠?qū)ξ覈嚲W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計人員提供支持和幫助?！　”緯饷媸鹈髡咄猓€有同濟大學(xué)汽車學(xué)院研究生劉矗、莫莽、李仁俊、陳杰、莊桂寶、張瓊琰、丁圣彥等協(xié)助書稿整理和程序調(diào)試工作，對于他們卓有成效的工作在此表示感謝。　　飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司的馬莉女士、康曉敦先生長期以來一直支持同濟大學(xué)-飛思卡爾汽車電子聯(lián)合實驗室的工作，本書的撰寫也得到了他們及飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司許多技術(shù)人員的大力支持。明導(dǎo)公司的姚振新先生、董因平博士也為本書提供了許多技術(shù)資料。電子工業(yè)出版社的編輯高買花女士、田宏峰先生為本書的出版做了大量細(xì)致的工作。在此一并表示誠摯的謝意。　　由于時間關(guān)系，本書暫未對基于CAN的故障診斷協(xié)議以及一致性測試等關(guān)鍵技術(shù)進行介紹，如有可能將在再版時添加。書中若有疏漏和錯誤之處，懇請讀者批評指正，并提出寶貴的意見和建議。

內(nèi)容概要

控制器局域網(wǎng)（CAN）是現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)通信與控制系統(tǒng)中的重要組成部分，《汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用》全面、系統(tǒng)地介紹了汽車CAN總線的基本原理、應(yīng)用層協(xié)議制定、系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計，并且通過實例介紹了汽車CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計方法。全書共10章，首先介紹了汽車網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的特點，全面闡述了當(dāng)今汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型、應(yīng)用及其發(fā)展趨勢，然后著重對CAN總線通信系統(tǒng)的原理和特點、帶CAN接口的飛思卡爾微控制器、MSCAN的特點和編程、基于XGATE的CAN通信方法、CAN總線的收發(fā)器、CAN總線應(yīng)用中的Bootloader、CAN的標(biāo)定協(xié)議、CAN總線系統(tǒng)設(shè)計流程等幾個方面進行了詳細(xì)的論述，最后給出了CAN總線系統(tǒng)設(shè)計、仿真和測試方法?！　　镀嘋AN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用》可作為大學(xué)相關(guān)專業(yè)高年級本科生、研究生的教材，同時也是從事汽車電子系統(tǒng)特別是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究與開發(fā)人員的參考資料。

書籍目錄

第1章 緒論　1.1 汽車電子技術(shù)　　1.1.1 現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展階段　　1.1.2 汽車電子系統(tǒng)的基本構(gòu)成　　1.1.3 汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化　1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)　　1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)概述　　1.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)　　1.2.3 局域網(wǎng)　1.3 車載網(wǎng)絡(luò)通信及現(xiàn)場總線　　1.3.1 車載網(wǎng)絡(luò)信號的編碼方式　　1.3.2 車載網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制方式　　1.3.3 現(xiàn)場總線　1.4 現(xiàn)代汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)　　1.4.1 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　1.4.2 汽車總線系統(tǒng)第2章 CAN總線基本原理　2.1 CAN總線在汽車網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用　2.2 CAN總線的基本特點　2.3 CAN的分層結(jié)構(gòu)及功能　2.4 CAN的消息幀　2.5 非破壞性按位仲裁　2.6 位填充　2.7 CRC校驗　2.8 遠(yuǎn)程幀　2.9 出錯幀　2.10 超載幀的規(guī)格　2.11 幀間空間　2.12 CAN物理層　　2.12.1 物理層的功能模型　　2.12.2 物理信令（PLS）子層規(guī)范　　2.12.3 物理介質(zhì)附件子層規(guī)范　2.13 故障界定與總線管理　　2.13.1 故障界定　　2.13.2 故障界定規(guī)則　　2.13.3 總線故障管理　2.14 基于時間觸發(fā)的TTCAN　　2.14.1 基于CAN的時間觸發(fā)通信　　2.14.2 參考時間與參考消息　　2.14.3 基本循環(huán)　　2.14.4 基本循環(huán)及其時間窗　　2.14.5 系統(tǒng)矩陣　　2.14.6 利用時間標(biāo)志進行消息的發(fā)送和接收　　2.14.7 全局系統(tǒng)時間　　2.14.8 TTCAN的容錯功能　　2.14.9 TTCAN的應(yīng)用第3章 SAE J1939協(xié)議　3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　3.2 物理層簡介　3.3 數(shù)據(jù)鏈路層　　3.3.1 消息/幀格式　　3.3.2 協(xié)議數(shù)據(jù)單元　　3.3.3 協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式　　3.3.4 消息類型　　3.3.5 源地址和參數(shù)群編號的分配過程　　3.3.6 傳輸協(xié)議功能　　3.3.7 應(yīng)注意的問題　3.4 應(yīng)用層　　3.4.1 通信參數(shù)定義　　3.4.2 發(fā)動機通信與控制參數(shù)　3.5 故障診斷　　3.5.1 診斷故障代碼定義　　3.5.2 故障診斷狀態(tài)燈　　3.5.3 故障模式標(biāo)志FMI　　3.5.4 診斷故障代碼簡介　3.6 網(wǎng)絡(luò)管理　　3.6.1 SAE J1939通信方式　　3.6.2 電控單元（ECU）的名稱和地址　　3.6.3 節(jié)點地址分配第4章 飛思卡爾微控制器與MSCAN第5章 MSCAN模塊的編程第6章 基于XGATE模塊的CAN通信第7章 CAN總線收發(fā)器第8章 CAN Bootloader的實現(xiàn)與應(yīng)用第9章 基于CAN總線的標(biāo)定協(xié)議第10章 汽車車身CAN總線系統(tǒng)設(shè)計參考文獻

章節(jié)摘錄

　　現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段?！　‰娮庸軙r代：20世紀(jì)50年代，人們開始在汽車上安裝電子管收音機，這是電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用的雛形。1959年晶體管收音機問世后，很快在汽車上得到了應(yīng)用?！　【w管時代：20世紀(jì)60年代，汽車上應(yīng)用了硅整流交流發(fā)電機和晶體管調(diào)節(jié)器，到60年代中期，利用晶體管的放大和開關(guān)原理，開始在汽車上采用晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點火裝置。但電子技術(shù)更多地應(yīng)用在汽車上是20世紀(jì)70年代以后，主要是為了解決汽車的安全、節(jié)能和環(huán)保三大問題。進入70年代后期，電子工業(yè)有了長足的發(fā)展，特別是集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微控制器在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，給汽車工業(yè)帶來了劃時代的變革?！　〖呻娐窌r代：20世紀(jì)90年代，汽車電子進入了其發(fā)展的第三個階段，這是對汽車工業(yè)的發(fā)展最有價值、最有貢獻的階段。集成電路技術(shù)所取得的巨大成就使汽車電子前進了一步，更加先進的微控制器使汽車具有智能，能進行控制決策。這樣不僅在節(jié)能、排放和安全等方面提高了汽車的性能，同時也提高了汽車的舒適性?！　【W(wǎng)絡(luò)化綜合技術(shù)時代：目前汽車技術(shù)已發(fā)展到第四代，即包括電子技術(shù)、計算機技術(shù)、綜合控制技術(shù)、智能傳感器技術(shù)等先進汽車電子技術(shù)。以微控制器為核心的汽車電子控制單元已不再是通過傳統(tǒng)的線束連接起來的，而是通過汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接起來的，實現(xiàn)了通信與控制的網(wǎng)絡(luò)化管理?！　∫恍┢噷＜艺J(rèn)為，就像汽車電子技術(shù)在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微控制器一樣，近十幾年來，數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個里程碑?！　?hellip;…

編輯推薦

　　《汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用》全面介紹了車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了CAN總線及SAEJ1939　　針對車載CAN總線系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計進行了專門的論述　　可作為汽車電子專業(yè)工程師及汽車電子方向?qū)W生的專業(yè)參考書

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