CAN (Controller Area Network) 通信CAN 是一种串行通信协议是一个现场总线。总线状态CAN 总线存在两种稳态电平状态隐性电平、显性电平隐性电平RecessiveCAN-H ≈ 2.5VCAN-L ≈ 2.5V差分电压≈0V逻辑1。 总线空闲时所有节点输出隐性电平多个节点同时发送隐性电平总线依旧保持隐性。显性电平DominantCAN-H ≈ 3.5VCAN-L ≈ 1.5V差分电压≈2V逻辑0。 显性优先级高于隐性只要任意一个节点发出显性电平整条总线都会被拉为显性电平这也是 CAN 位仲裁机制的物理基础。总线故障补充车载调试常用CAN_H 断路总线只能维持部分隐性通信极易报错CAN_L 对地短路总线持续显性全网通信瘫痪缺少终端电阻高速通信出现波形畸变、丢帧。数据类型CAN 报文数据段分为Byte0 ~ Byte7字节地址从前往后递增。当一个信号占用多个字节时两种格式填充方向完全相反名称长度用途示例信号 (Signal)1-64位通常1-32位车载电子控制单元ECU之间传递的最小信息单元如车速、转速、温度等物理量车速信号16位范围0-655.35 km/h精度0.01 km/h报文 (Message/Frame)标准CAN0-8字节CAN FD0-64字节包含一个或多个信号的完整数据包带有ID、控制位、数据段和校验信息发动机转速报文ID0x100数据0x12 0x34 0x56 0x78包含转速、水温等信号协议数据单元 (PDU)可变通常对应一个报文AUTOSAR架构中的通信抽象层封装信号到报文的映射关系实现软硬件解耦ComSignal → ComIPdu → CanIPdu → CanFrame实现应用层信号到物理报文的转换信号组 (Signal Group)多个信号组合逻辑上相关的多个信号集合通常一起传输提高通信效率车门状态组包含门锁状态、车窗位置、儿童锁状态等多个信号多路复用信号 (Multiplexed Signal)可变根据复用器值选择同一报文位置在不同时间传输不同信号通过复用器值区分诊断报文复用器0x01传输故障码复用器0x02传输实时数据表CAN通信中常见数据类型对比Intel 格式小端序从前往后延伸信号最低有效位 LSB 放在StartBit向高地址字节地址增大方向依次填充信号高位。延伸方向Byte0 → Byte1 → Byte2顺着字节地址向后特点低字节存放数据低位典型小端模式。Motorola 格式大端序从后往前延伸信号最高有效位 MSB 放在StartBit向低地址字节地址减小方向依次填充信号低位。延伸方向Byte2 → Byte1 → Byte0逆着字节地址向前特点高字节存放数据高位典型大端模式。数据帧CAN 通信依靠数据帧完成信息交互标准 CAN 2.0 规范分为两种帧格式标准帧、扩展帧。 两者最核心区别ID 长度不同直接决定总线上节点寻址数量。标准帧CAN2.0A仲裁段 ID11 位ID 范围0 ~ 0x7FF特点报文结构短解析简单早期车身控制、低速网络大量使用扩展帧CAN2.0B仲裁段 ID29 位基础 ID11 位 扩展 ID18 位ID 范围0 ~ 0x1FFFFFFF特点可供分配的报文 ID 数量巨大现在新能源整车、底盘动力网络普遍采用扩展帧重要知识点CAN FD 属于 CAN 的升级版本支持更长数据长度最大 64 字节兼容传统 CAN 硬件底层是当下新能源车型主流升级方案。仲裁优先级CAN 总线采用非破坏性位仲裁机制依靠仲裁段CAN ID逐位竞争总线使用权所有想要发送报文的节点同步从 SOF 位开始逐位向外发送电平节点每发送 1bit同时监听总线实际电平规则显性电平 (0) 优先级 隐性电平 (1)一旦发现「自己发出的电平」和「总线上监听到的电平不一致」节点立刻停止发送切换为只听模式退出本次竞争。关键结论CAN ID 数值越小优先级越高。ID 二进制中越早出现 0 的报文更容易抢占总线。AUTOSAR 架构AUTOSAR 标准将车载软件分层把 CAN 通信从硬件驱动到应用信号进行标准化封装自上而下分层简要梳理Application 层应用层开发者调用 RTE 接口读写信号不直接操作 CAN 报文。RTE运行时环境应用层与底层通信栈的桥梁完成信号打包、解包实现软硬件解耦。COM 通信模块负责信号 - 报文之间的组包、解包信号初值、超时监测、信号网关转发。CAN InterfaceCanIf适配层统一接口隔离上层 COM 与底层 CAN 驱动支持多路 CAN 控制器。CAN DriverCanDrvMCU 寄存器驱动层直接操作 CAN 外设硬件收发原始 CAN 帧。MCU 硬件 CAN 收发器物理层完成差分信号驱动对应拓扑图中 CAN_H/CAN_L 硬件电路。AUTOSAR 带来的优势软硬件解耦更换 ECU 芯片、更换 CAN 收发器无需大规模修改应用逻辑标准化报文管理、诊断、通信超时、报文周期配置支持 CAN、CAN FD、LIN 等多种总线统一管理便于整车项目移植。
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