[面向CAN 总线技术的汽车ECU 开发与设计]什么是总线

【关键词】CAN 总线技术汽车 ECU 设计

近些年来，现代化电子技术与信息技术

飞速发展，由ECU 所控制的汽车部件量持续

增多，如DEFI、EGR、ABS、ASR、TRC 等等。

各种传感器、集成电路、芯片等的应用，极大

地提升了汽车的经济性、动力性、舒适性、安

全性，但也带来了诸多问题，例如，电子设备

的应用导致车身布线日趋复杂、维修难度持续

增大，运行可靠性不断降低，导致布线系统越

来越庞大。不仅如此，DEFI、EGR 等系统对

于控制信息的要求不断提升，需实现各种数据

的共享，加之各子系统对于实时性等要求存在

差异性，因而传统线缆已无法满足系统要求。

结合此类问题，各大汽车公司开始采用CAN

总线技术。

1 CAN总线技术优势

相比普通的通信总线，CAN 总线数据通

信的优势突出：

（1）性价比高。购置器件方便，设计简单，

节点成本较低，且在开发环节中，可充分运用

单片机技术进行工具开发；

（2）CAN 总线是唯一一个拥有国际标准

的现场总线；

（3）多方式工作，网络任一节点即可主

动向网络其他节点进行信息发送，无主从之分，

具有灵活的通信方式，不需要站地址等多方面

节点信息；

（4）网络节点信息具有不同的优先级，

能够满足各种实时性要求，对于高优先级数据

而言，可在134μs 内得到有效传输；

（5）采用的是无破坏性的总线仲裁技术，

如果存在多节点同时发送数据时，对于优先级

较低的节点而言，会主动退出，具有较高优先

级的节点继续进行数据传输；

文/孙烨

CAN 总线技术由于其良好的性

能、可靠性与独特的设计，因而

越来越受关注。如今，国外已经

有很多汽车公司采用该技术进行

ECU 设计，极大地发挥了CAN 总线

技术的优势，但我国在该领域的

开发和研究仍处于初级阶段。鉴

于此，本文结合CAN 总线技术特

点，就面向CAN 总线技术的汽车

ECU 进行了开发与设计，以促进汽

车技术水平的提升。

摘要

（6）仅仅依靠报文滤波就能完成一点对

多点、点对点和全局广播等多种方式的数据传

送和接收，省去“调度”环节；

（7）使用短帧结构，靠干扰性强、检错

效果佳且传输时间短，超低的数据出错率。

2 面向CAN总线技术的汽车ECU设计

本文所开发面向CAN 技术的汽车ECU，

最为常见的方式是利用单片机、CAN 控制器

的有机结合，利用8051 单片机、CAN 控制芯

片的组合实现。本文所采用的是内嵌式CAN

控制器AVR 单片机，对CAN 节点进行了开发。

2.1 CAN总线网络的构建

作为一种串行通信总线，CAN 总线技术

的通信速率高达1Mbps，并成为一项国际标准。

CAN 总线技术确保了任一节点所传输信息都

不会包含节点所传送或接收的地址，而且信息

的内容在一个ID 上加以唯一标记，其他节点

收到该信息之后，各节点都需要对该标识符加

以测试，以便对信息内容是否相关加以判断，

若相关，则加以接收、处理，否则将被忽略。

该技术在汽车ECU 开发中有广泛应用，总控

模块可以对所需信息加以接收，实现汽车总成

间数据的有效交换。借助于该技术，对汽车信

息传输网络加以组建，并将CAN 总线技术成

功集成在总成之上。就诸如高压共轨发动机、

ABS 系统、自动变速器等系统，只需要借助

于ECU，对其CAN 总线协议进行读取，就实

现了数据信息的交换。就其他总成而言，需要

通过汽车ECU 的开发、设计，对各传感器数

据加以采集，借助于CAN 接口，对总线广播

式进行信息发送，实现信息的交换。

2.2 硬件的设计

就硬件设计而言，本文主要采用的是A/

D 转换器，对传感器所发来的电压信号加以采

集，获取水温、振动、位置、油压、气压等一

系列信号，借助于定时器、计数器模块，对脉

冲信号进行采集，鉴于AT90CAN128 对CAN

控制器功能实现了集成化，因而利用CAN 总

线收发器，就能实现总线任务的接收、发送。

CAN 收发器所采用的是ATA6660 芯片，作为

CAN 控制器、物理传输平台的接口。为了提

高抗干扰能力，在芯片间设置了高速光耦芯

片。本文所设计电路，包括如下三部分：单片

机AT90CAN128、高速光耦、CAN 收发器。

单片机负责对传感器信息加以收集，并实现

CAN控制器的初始化，对数据进行接收、发送。

CANH、CANL 和地间并联两个小电容，对高

频干扰信号加以滤除。此外，两根CAN 总线

和地间还连接了防雷击管，对电路起到了一定

的保护作用。

2.3 软件的设计

汽车舒适系统的设计包含了车灯系统、

车门系统和仪表盘间CAN 总线的数据通讯，

其功能主要是完成节点间的互相控制。启动仪

表盘上的钥匙门，会使仪表盘上的点火指示灯

变亮，数据信息也会通过车灯系统和车门系统

的ECU 传输到总线，各个系统的电源指示灯

也逐渐变亮，经过上述过程，汽车各个系统已

经做好就绪准备，直等总线传出命令，继而做

出命令指示动作。例如，开启汽车大灯时，仪

表盘上的大灯指示灯变亮；打开汽车门，仪表

盘上的车门指示灯变亮；打开双闪时，左右转

向灯开始同时闪动；打开转向灯时，对应的转

向灯变亮。

2.4 模拟实验

本文利用CANoe 软件就CAN 总线展开

即时监控，利用CAN 卡和总线驱动电缆，将

系统CAN 总线数据利用计算机编程加以采集，

上下位机进行相同通信波特率设置，构建了相

应的数据库，实现了互相通讯。经测量可知，

总线负载满足要求，未收到出错帧，接受状态

被激活，总线工作一切正常。

3 结语

近些年来，电子技术与集成化电路发展

速度不断加快，与此同时，网络控制芯片的性

能不断提升，体积日趋缩小，成本不断降低，

极大地促进了汽车局域网的普及与推广。CAN

总线技术以其优势性能与品质，受到了汽车领

域的广泛青睐，并在汽车ECU 领域的开发与

设计中得到了十分广泛的应用，极大地提升了

汽车的稳定性、动力性、安全性、经济性，为

汽车行业的发展注入了鲜活的生命力。

参考文献

[1] 付亮, 李伟.CAN 总线技术及其在现

代汽车中的应用[J]. 中国汽车制

造,2010,12(07):290-291.

[2] 葛林, 周文华, 徐航.CAN 通信网络

在汽车中的应用研究[J]. 汽车技

术,2010,12(11):113-115.

作者单位

军事交通学院天津市 300161

54 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering