车辆总线网络:CAN总线（控制器局域网）

CAN总线协议是什么？

控制器局域网（CAN总线）是一种基于消息的协议，旨在允许当今汽车中的电子控制单元（ECU）以及其他设备以可靠、优先驱动的方式相互通信。消息或“帧”由网络中的所有设备接收，不需要主机。CAN由ISO 11898下的一套丰富的国际标准支持。

什么是CAN FD？

CAN FD是CAN总线的“灵活数据（速率）”版本。每条消息的标准长度增加了800%，达到64字节，数据速率也从1 Mbps增加到max.8 Mbps。“灵活”部分是指ECU可以根据实时要求动态改变其传输速率并选择更大或更小的消息大小。

尽管取得了所有这些进步，CAN FD仍然与标准CAN 2.0完全向后兼容。如今，CAN FD用于高性能车辆，但预计最终将在所有或大多数车辆上迁移。

CAN总线的优点

CAN总线标准被广泛接受，几乎用于所有车辆和许多机器。这主要是由于以下主要好处：

• 简单且低成本：ECU通过单个CAN系统进行通信，而不是通过直接的复杂模拟信号线进行通信，从而减少了错误、重量、接线和成本。CAN芯片组易于获得且价格合理。
• 完全集中：CAN总线提供了一个与所有网络ECU通信的入口点，实现了中央诊断、数据记录和配置。
• 稳健：该系统对电气干扰和电磁干扰具有稳健性，是安全关键应用（如车辆）的理想选择
• 高效：CAN帧按ID号进行优先级排序。高优先级的数据可以立即访问总线，而不会中断其他帧。
• 减轻车辆重量：通过消除车辆上长达数公里的重绝缘电线及其重量。
• 易于部署：一个经过验证的标准，具有丰富的支持生态系统。
• 抗电磁干扰：这使CAN成为车辆关键应用的理想选择。

CAN具有出色的控制和故障检测能力。检测错误很容易，因此传输的数据会到达需要的地方。

当需要对复杂系统进行分布式控制时，它是一种理想的协议。它减少了繁重的布线，从而降低了成本和重量。芯片成本低，由于协议设计简洁，实现CAN相对容易。

使用CAN的另一个优点是，前两层：物理层和数据链路层是在廉价的微芯片中实现的，有几种配置。

流行的CAN总线应用

如今，CAN的应用主要由汽车和机动车领域主导，但并不限于此。CAN在几乎所有行业都有应用。您可以在以下位置找到正在使用的CAN协议：

各种类型的车辆：摩托车、汽车、卡车...

重型车队远程信息处理

飞机

电梯

各种制造工厂

船舶

预测性维护系统

洗衣机、烘干机和其他家用电器。

CAN总线的变体

ISO 11898标准定义了CAN的几个版本。汽车行业中使用的主要CAN类型有：

• 低速CAN
• 高速CAN
• CAN FD（灵活数据速率CAN）

低速CAN

用于不需要高更新率的容错系统。最大数据传输速率为125kbps，但因此布线比高速CAN更经济。在汽车应用中，低速CAN用于诊断、仪表板控制和显示、电动车窗等。

高速CAN

用于需要高更新率和高数据精度的关键子系统（例如防抱死制动系统、电子稳定控制、安全气囊、发动机控制单元等）之间的通信。高速CAN的数据传输速度范围为每秒1 kbit至1 Mbit。

高速CAN比低速更快，但新的汽车应用的带宽要求每年都在增加，因此汽车OEM现在正在将CAN FD安装到新车中。CAN FD被戏称为“类固醇CAN”

CAN FD（灵活数据速率CAN）

新版本的CAN引入了灵活的数据速率、每条消息更多的数据和更高的传输速度。每个标准（低速和高速）CAN消息中的数据长度为8字节，但使用CAN FD时，数据长度增加了800%，达到64字节。此外，最大数据速率也从1 Mbps大幅提高到8 Mbps。

CAN FD也向后兼容，支持CAN 2.0通信协议以及SAE J1939等特殊协议，其中CAN输出用作只读。CAN FD本质上是ISO 11898-1中规定的原始CAN标准的扩展，与经典CAN系统完全兼容。

CAN FD是向前迈出的重要一步，因为它允许ECU根据实时要求动态改变其传输速率并选择更大或更小的消息大小。目前，它已在高性能车辆中得到应用，但随着ECU性能的提高和CAN FD硬件成本的下降，CAN FD进入几乎所有车辆只是时间问题。