汽车总线系统：总线拓扑和物理层

CAN是一种面向比特流的线性总线，确定最大的比特率为1Mbit/s。CAN采用CSMA/CA总线访问方法以及错误识别。所有的控制器要求在比特时间内作出反应，因此总线长度越小，比特率就越高。约定的条件是：

图3-3-1 高速CAN总线

但这个范围只是一个经验值，因为在较高的比特率时，总线的收发器有时间上的延迟，在自动化技术中，需要很长的总线长度。偶尔采用中继器，允许总线长度变短和降低比特率。所有的总线控制器必须工作在同一个比特率下。

CAN_-ISO标准附加ISO 11898—2和ISO 11898—5标准，对于比特率≥250kbit（高速CAN，即C级网）的数据传输，规定了采用绞合双绝缘导线。作为实际的线形总线，用最长30cm的分支线接到每个控制器上。总线的两末端用波阻抗接到双绝缘导线传输线上，典型的值约为120Ω，见图3-3-1。差分电压信号的偏移约为2V（图3-3-2）。当双绝缘导线传输线中断或线芯短路时，总线就断开。在比特传输率为500kbit/s的PKW的传动系统中和具有250kbit/s比特率商用车中，都采用高速CAN总线（即C级网）。这种比特率也能用SAE标准对PKW中的CAN（SAE J2284）和LKW中的CAN（SAE J1939）进行标准化。

在附加的ISO 118983中，针对比特率不大于125kbit/s的应用，如车身技术，要采用低速CAN，即B级网，同样规定传输线使用双绝缘导线。由于比特率较低，允许相应的总线可以长一些，总线两末端电阻和短分支线的限制可以去掉。差分电压信号的偏移，明显比高速CAN大（图3-3-2）。在电缆中断或短路时，总线仍能工作。在欧洲的车辆中，在车身技术方面一般采用100～125kbit/s的低速CAN。

图3-3-2 基于ISO 11898—2和ISO 11898—3的高速和低速CAN信号电平(www.zuozong.com)

在SAE J2411中，规定采用33kbit/s的比特率（在GM中应用），83kbit/s（在Chryster中）的单绝缘导线，信号偏移为5V（单绝缘导线CAN）。

牵引车和挂车的连接，按ISO 11992规定采用125kbit/s的比特率的点对点双绝缘导线，信号电平规定采用电池电压数量级。

对于商用车中的应用，SAE J1939/11规定了固定比特率为250kbit/s的总线连接系统。它与基于ISO 11898—2的高速CAN规程，很大程度上是一致的。但是屏蔽的双绝缘导线传输线要求总线长度最大为40m，最多可连接30个控制器。在SAE J1939/12中规定了不带屏蔽电缆的变量。标准SAE J1939/21规定数据链路层对应随后要描述的CAN2.0B。

CAN总线到车辆的连接一般是通过标准的控制器插座来完成的。对于自动化技术CAN（CiA），按推荐CiA DS 102规定了物理层的比特率为10kbit/s～1Mbit/s。这一点与ISO 11898—2相类似。DeviceNet采用125～500kbit/s。在自动化技术中，CAN总线的连接是9针Sub-Miniatur-D插座或不同的其他插座类型。

对于所有CAN总线，在市场上都有适合的收发器构件。物理层上不同的变量，相互之间是不兼容的，因为信号电平相互间是不同的（图3-3-2）。在所有的情况下，信号电平产生高欧姆值的（在总线上隐性）定义为逻辑“1”，相反低欧姆值的（在总线上是显性）定义为逻辑“0”。

和简单的UART相反，在大多数CAN控制器中，对总线信号的采样点，能够也必须由用户调整（图3-3-3）。时钟周期，用量子T_Q表示。由比特时钟T_bit导出，在第一个T_Q内，即同步段T_SyncSeg，由发送端给出信号脉冲。在接收端和发送端的两个收发器上的信号延迟，包括在传输线上的，都要被考虑进去，称为传输时间段T_PropSeg。因为CAN总线是一种按位仲裁，所以T_SyncSeg+T_PropSeg至少是最大信号延迟的两倍。位扫描大约在剩余的时间T_{PhaseSeg1+TPhaseSeg2}的中间位置直到位结束完成。这两个时间段的长短，可以由CAN控制器动态地加长或缩短，其目的是使接收端的位时钟自动地与发送端的位时钟相同步。整个适应过程，按T_Q的倍数来完成，最大的同步跳跃宽度T_SJW=1～min（4T_Q，T_PhaseSeg1）。因为总线信号对软件研发人员来说是看不清楚的，所以ISO 15765—4对有关的CAN诊断废气系统有不同的推荐。在500kbit/s比特率时，误差为±0.15%。这一点和诊断测试仪的要求是一样的，量子T_Q=125ns产生T_bit=16T_Q。因此推荐T_Seg1=T_PropSeg^+TPhaseSeg1=12TQ^和TSeg2=TPhaseSeg2=3TQ，可用TSJW=3TQ进行调整。

图3-3-3 按时间段分割CAN位