轿车CAN总线封闭毛病的确诊与康复

　　1 研讨的布景和意义
　　从改革开放到现在，轿车工业对我国经济开展产生巨大的推进，对社会前进产生了深远的影响，逐步成为了我国的支柱行业。近几年来，跟着科技开展的一日千里，轿车上电子操控设备越来越多，轿车音响，电子外表，空调操控器，电喷发动机，BCM，ABS等等ECU在车内形成了巨大的网络体系，依照传统的布线形式，电线的扑朔迷离对轿车的电气操控及体系实时网络通讯带来重重困难，CAN总线网络的呈现，大大简化了归纳布线，很好的处理了体系间的信息交互与同享，在轿车电子技能的遍及运用取得了严峻前进。
　　Can-Bus总线技能是“操控器局域网总线技能（Controller Area Network-BUS）”的简称，它具有极强的抗搅扰和纠错才能，最早被用于飞机、坦克等兵器电子体系的通讯联络上。
　　尽管CAN总线有着十分高的安稳性，可是，一旦呈现过错尤其是CAN总线封闭，关于轿车的全体功用乃至安全性都形成极大影响。为此，在轿车行业高速开展，电子与通讯技能广泛运用的今日，怎么检测轿车网络毛病的产生，怎么修正毛病，使咱们可以确保安稳和安全的运用CAN网络技能服务于轿车工业，形成了本文研讨的布景和意义。
　　2 轿车CAN总线网络技能的概述
　　2.1 CAN总线网络简介
　　在八十年代，CAN总线是由德国博世公司研讨开发而成一种串行通讯协议，当今形成了CAN技能标准2.0，包含支撑11位地址标准帧的2.0A版别，和支撑11位地址标准帧与29位地址扩展帧的2.0B版别。它的呈现处理了轿车内部多个微操控器进行实时数据交互的问题。在物理层上，通讯介质一般是双绞线，也可以使同轴电缆或光纤。CAN总线的技能有以下特色。
　　1）是多主体系。
　　2）最高波特率到达1 Mbit/sec。
　　3）是短帧结构（每条报文最多8字节数据）。
　　4）有过错检测与处理机制。
　　5）有数据校验，帧内应对。
　　6）是总线型拓扑结构。
　　7）是播送发送。
　　8）具有依据优先级的总线裁定机制。
　　2.2 车内CAN总线网络拓扑示例图
　　车内CAN总线网络拓扑示例图见图1。
　　2.3 CAN（高速）总线通讯物理电平信号
　　CAN总线选用CAN_H与CAN_L的差分信号进行通讯，显性位为逻辑0，隐性位为逻辑1，并经过“线与”的机制决议总线电平。
　　2.4 CAN帧类型
　　CAN总线的帧类型包含：数据帧，长途帧，帧间空间，过错帧，超载帧。其间总线封闭的毛病便是由过错帧引起的。
　　2.5 CAN总线可检测的过错类型
　　1）位过错：节点检测到的位与本身送出的位数值不同。在裁定或ACK位期间送出“隐性”位，而检测到“显性”位不导致位过错。
　　2）填充过错：在运用位填充编码的帧场（帧开始至CRC序列）中，不允许呈现六个接连相同的电平位。
　　3）CRC过错：节点核算的CRC序列与接纳到的CRC序列不同。
　　4）格局过错：固定格局位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧完毕等）含有一个或更多不合法位。
　　5）ACK过错：发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位。
　　其间发送节点能检测到的过错有位过错、格局过错、ACK过错。而接纳节点能检测到的过错有填充过错、格局过错、CRC过错。CAN操控器与收发器在检测到过错时，会发出过错帧，通签到总线上发送或接纳报文过错。
　　由于CAN总线有着极高的安稳性，所以网络呈现过错而又不被检测到的时机极低。假设一个高速CAN以500kbps的速率进行通讯，总线的负载为25%，每年依照2000小时来算，那么至少要1000年才会漏检一个过错。
　　3 轿车CAN总线封闭问题的成因剖析
　　3.1 CAN总线封闭
　　CAN操控器可以判别出过错的类型是总线上暂时的数据过错（如外部搅扰等）仍是持续的数据过错（如单元内部毛病、驱动器毛病、断线、短路等）。由此，当总线上产生持续数据过错时，CAN操控器内部的过错计数器累积到总线封闭的阀值，可将引起此毛病单元从总线上阻隔出去，不参加跟总线其他节点的网络通讯。
　　3.2 CAN（高速）总线常见物理毛病剖析
　　关于CAN总线常见的物理毛病，主要是CAN线路产生的。其间包含：
　　1）CAN_H开路。
　　2）CAN_L开路。
　　3）CAN_H对VBAT短路。
　　4）CAN_L对GND短路。
　　5）CAN_H对GND短路。
　　6）CAN_L对VBAT短路。
　　7）CAN_H对CAN_L短路。
　　8）CAN_H和CAN_L开路。
　　9）终端电阻开路。如图4。
　　可是依据ISO11898标准，CAN收发器具有必定的容错功能。因而，并不是每一种CAN线路的毛病都会导致CAN总线封闭问题的产生。以上述高速CAN网络为例，除了4）CAN_L对GND短路和9）终端电阻开路是可以本身容错外，其他线路毛病都会存在引发CAN总线封闭问题的或许性。 　　形成CAN总线封闭的物理层要素，除了CAN线路的毛病，还有或许是CAN操控器或收发器等元器件呈现了毛病，导致该CAN节点无法通讯。别的，也有或许由于CAN总线信号的搅扰，使得CAN信号的收发不能正确，尤其是不能正常发送报文，简单导致CAN总线封闭。
　　3.3 CAN总线软件过错计数剖析
　　CAN网络上每个节点都含有REC（接纳过错计数器）和TEC（发送过错计数器）。当接纳过错产生时，REC添加；正确接纳到数据帧，REC削减；当发送过错产生时，TEC添加；正确发送一帧数据帧，TEC削减；REC、TEC的数值会引发节点状况改动。
　　CAN网络节点存在三种状况：
　　1）自动过错，能正常的进行总线通讯，过错产生时，发送自动过错帧。
　　2）被迫过错，可以进行总线通讯，过错产生时，发送被迫过错帧。
　　3）总线封闭，不能收发任何报文。
　　特别事例：假如总线上只要一个节点，该节点发送数据帧后得不到应对，TEC最大只能计到128，即节点只会进入被迫过错状况而不会进入总线封闭状况。
　　4 轿车CAN总线封闭的毛病记载与康复主张
　　4.1 CAN总线封闭的毛病确诊与记载
　　确诊标准描绘了一系列的确诊服务，界说ECU与确诊仪之间的恳求呼应规矩、ECU关于恳求报文的处理行为以及恳求、呼应报文信息意义。常用的确诊标准包含有UDS，KWP2000以及ISO15765等协议。其间记载和读取确诊毛病码（DTC）便是确诊的一项重要工作，网络节点单元把从前或现在产生的相关毛病码都保存在非易失性存储器（NVM）中，随时方便于轿车工程师查看毛病记载。
　　咱们关于CAN总线封闭毛病的确诊流程是，CAN操控器在过错中止里或许在周期性的查询里，查看BUS OFF寄存器的值，假如CAN操控器产生了BUS OFF，这个寄存器的值就会被赋真值。此刻，CAN确诊模块会把BUS OFF的DTC状况中的Test Failed位给置上，表明当时查看CAN总线封闭毛病是存在的，即CAN网络通讯处在失效形式，一起把BUS OFF的记载次数加1。当BUS OFF的记载次数到达整车厂规则的阀值时，CAN确诊模块会DTC状况中的Confirmed位给置上，一起把CAN总线封闭的DTC记载到非易失性存储器中。
　　4.2 CAN总线封闭的康复主张
　　咱们的CAN确诊模块在过错中止或周期性查询中发现总线封闭毛病时，应该当即对CAN操控器的驱动及相关寄存器进行初始化操作，这样，在初始化完成后，CAN总线封闭的毛病可以当即被免除。可是，该CAN节点在免除总线封闭毛病后，会持续对外发送报文，假如此刻产生总线封闭的真实外部要素没有免除，该CAN节点仍有时机再次产生总线封闭的毛病。
　　为了避免该节点在CAN网络中频频产生总线封闭的问题，避免影响到网络资源的耗费和对其他节点的不必要搅扰，咱们主张在CAN初始化完成后，不要当即对外发送CAN报文，应该等候必守时间段后再测验发送报文是否成功。
　　5 定论
　　轿车CAN总线封闭毛病产生时，应剖析物理层包含CAN线路、CAN操控器及收发器、CAN信号搅扰等外在要素，一起剖析CAN寄存器及软件处理，从头初始化CAN驱动和康复正常后，守时测验往外发送报文。CAN总线封闭严峻影响到整车的功用与安全性，咱们经过对毛病的成因剖析，提出合理的完善主张，期望能对轿车电子技能的健康开展起到必定的效果。
　　参考文献
　　[1]恒润科技，CAN标准2.0.2007.
　　[2]世界标准化安排，ISO14229.2006.
　　[3]世界标准化安排，ISO11898.2006.