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CAN BUS 發展及基本 應用

CAN BUS 發展及基本 應用. 報告 者 ︰ 吳秉昆 班級 ︰ 車輛三乙 學 號 ︰ 4A015080. 摘要. 本報告藉由 CANBUS 為題材，了解控制器區域網路 (Controller Area Network) 的由來以及基本介面操作 。. 目錄. 摘要 ．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ｉ 目錄． ．．．． ．．．．．． ．． ．．．． ．． Ⅱ 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展．． ．．． ．．．．１ 1.2 匯流排規格與相關技術． ．． ．．．．． ．５ 第二章　 CAN 匯流排協定

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CAN BUS 發展及基本 應用

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Presentation Transcript

  1. CAN BUS發展及基本應用 報告者︰吳秉昆 班級︰車輛三乙 學號︰4A015080

  2. 摘要 本報告藉由CANBUS為題材，了解控制器區域網路(Controller Area Network)的由來以及基本介面操作。 I

  3. 目錄 摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｉ 目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅱ 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展．．．．．．．．．１ 1.2 匯流排規格與相關技術．．．．．．．．．５ 第二章　CAN匯流排協定 2.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 2.2 ＣＡＮ基本特性．．．．．．．．．．．１４ 2.3 錯誤狀態的種類．．．．．．．．．．．２４ II

  4. 目錄 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本特性與架構 ．．．．．．．．．．．．２６ 第四章軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作．．．．．３４ 4.2 Atmel FLIP燒錄應用程式概述與基本操作．４７ 參考文獻．． ． ．．．．．．．．．．．．．５７ II

  5. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展 當車用電器設備越來越多，汽車上的電子裝置成本將占汽車整體成本的25%以上，汽車已由單純機械產品發展成高級的機電一體化產品，這樣必然會造成龐大的佈線系統，相對的故障率等問題也隨之增加 。 1

  6. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展 依傳統高級車佈線方法來看，其導線長度可達2000公尺，ECU節點1500個，據統計，每10年增長1倍，纜線的膨脹會使得汽車有限空間的矛盾發展，為了解決此種問題，汽車通訊網絡就此開始發展。 2

  7. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展 圖1 傳統的中央控制的節點通訊方式示意圖 (參考資料：許永和，第4C-車載通訊電子網路之CAN/LIN匯流排設計與應用(初版)。台北市：儒林，2010.12。) 3

  8. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.1 汽車網路化由來及發展 圖2 分散式控制的CAN匯流排通訊方式示意圖 (參考資料：許永和，第4C-車載通訊電子網路之CAN/LIN匯流排設計與應用(初版)。台北市：儒林，2010.12。) 4

  9. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 20世紀90年代中期，美國汽車工程協會(SAE)下屬的汽車網路委員會，根據SAE J2057標準，將汽車資料傳輸網路的設計與生產應用，按網路的傳輸速率將車用匯流排劃分為A、B與C等三類。 5

  10. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 20世紀90年代中期，美國汽車工程協會(SAE)下屬的汽車網路委員會，根據SAE J2057標準，將汽車資料傳輸網路的設計與生產應用，按網路的傳輸速率將車用匯流排劃分為A、B與C等三類。 6

  11. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 Ａ類︰串流協定標準包括TTP/A(Time Triggered Protocol/A)和LIN(Local Interconnect Net-work)，其傳輸速率較低。 B類︰串列協定標準主要包括J1850、VAN及低速CAN。 C類︰串列協定標準主要包括TTP/C、FlexRay和高速CAN(ISO11898-2)等。大多用於與汽車安全相關以及即時性要求比較高的應用上。 7

  12. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 圖3 依車輛網路委員資料傳輸劃分圖 8

  13. 第一章　汽車通訊網絡概論 1-2 匯流排規格與相關技術 目前匯流排的技術以速度及支援元件數目與單價位作為區分，主要包括︰LIN、CAN、X-by-Wire、FlexRay與MOST等。 9

  14. 第一章　汽車通訊網絡概論 1-2 匯流排規格與相關技術 LIN(Local Interconnect Net-work)：LIN是一種低成本的串列通訊網路協定，採單主機ECU節點與多組從主機ECU節點模式 。典型的LIN網路節點數可達12個，主從ECU節點之間只需一條12V的信號線，最高傳輸速率可達20Kbps。透過CAN/LIN閘道器可與CAN進行資料之交換。 10

  15. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 CAN(Controller Area Network)︰目前全球使用最廣泛的一種車用網路，CAN匯流排是一種多主方式的串列通訊匯流排，最高速率可達1Mbps，有很高的抗干擾能力。由CAN控制器、收發器和一對雙絞線構成。具有檢出錯誤使其出錯的ECU退出匯流排及優先順序控制的能力，以滿足及時通訊。 11

  16. 第一章　汽車通訊網絡概論 1.2 匯流排規格與相關技術 FlexRay：採用冗餘備份的方法，分別由兩條匯流排與兩個FlexRay ECU構成一完整網路，正常情況下以雙通道作為資料傳遞，倘若一通道故障，則由另一備份通道承擔進行資料傳遞。 12

  17. 第二章　CAN匯流排協定 2.1 前言 由於汽車具有強大的產業背景與需求，為滿足車內各系統的即時性要求，各系統間的資料共享是必須的，但因各電控單元對即時性的要求不同(如更新速率和控制週期等)，而基於優先競爭的模式，其本身較需具有較高的通信速率，CAN匯流排正是為滿足這些要求而產生的。 13

  18. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 可分為８個項目︰ 多主控制、 訊息的傳送、 系統的相容性、 通訊速度、 遠端資料請求、 錯誤檢測、通知及恢復功能、 隔離故障、 連接要求。 14

  19. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 多主控制：在匯流排閒置時，所有單元都可開始傳送訊息(多主控制)。最先的匯流排可獲得控制權，而相關規範採用載波檢測多重存取/碰撞避免(CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 當多個ECU單元同時開始傳送時，擁有高優先傳送順序的辨識碼(Identifier) (以下簡稱ID)訊息的ECU單元可獲得傳送權。 15

  20. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 訊息的傳送：在CAN協定中，所有訊息都已固定格式傳送，當同時有兩個以上同時傳送時，依CSMA/CA方式仲裁優先權，ID越小，優先權越高。 16

  21. 第二章　CAN匯流排協定 2-2ＣＡＮ基本特性 系統的相容性：與匯流排連接的ECU是無"位址"的資訊。因此，在增加ECU時，原先以連接的ECU單元的軟硬體及應用層都無須改變。 17

  22. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 通訊速度：根據整體實際網路的規模，可設定適合的通訊速度。在同一網路中，所有ECU單元必須設定為統一通訊速度，此時，即便只有一ECU通訊速度不同，此ECU單元會輸出錯誤訊號，使整體通訊過程遭到妨礙。但不同網路間可有不同通訊速度。若要切換通訊速度，可透過閘道器或雙通道CAN來實現。 18

  23. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 遠端資料請求：可透過傳送"遠端訊框"來請求其他單元傳送資料。 19

  24. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 錯誤檢測、通知及恢復功能：所有ECU單元都可以檢測錯誤(錯誤檢測功能)。其中，被檢測出錯誤的ECU單元會立即通知其他所有ECU單元(錯誤通知功能)。而正在傳送訊息的ECU單元一旦被檢測出錯誤，會強制結束目前的傳送。強制結束的ECU單元會不斷反覆地重新傳送此訊息，直到成功傳送為止(錯誤恢復功能)。 20

  25. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 隔離故障：CAN匯流排可判斷出錯誤的類型為暫時性的資料錯誤(如外部雜訊)，還是持續的資料錯誤(如單元故障、驅動器故障與斷線等)。透過此功能，當匯流排上持續發生錯誤時，可將引起此錯誤的ECU單元從匯流排上隔離出去。 21

  26. 第二章　CAN匯流排協定 2.2ＣＡＮ基本特性 連接要求：CAN匯流排是可同時連接多個ECU單元的匯流排。理論上，可連接的單元總數是無限制的，但實際上，會因受到時間延遲與電器負載而限制。 22

  27. 第二章　CAN匯流排協定 2.3 錯誤狀態的種類 主動錯誤狀態：此狀態可以正常參加匯流排通訊，處於主動錯誤狀態的ECU單元檢測出錯誤時，輸出主動錯誤旗標。 23

  28. 第二章　CAN匯流排協定 2.3 錯誤狀態的種類 被動錯誤狀態：此狀態易引起錯誤的狀態。處於被動錯誤狀態的ECU單元雖能參加匯流排通訊，但為了不妨礙其他ECU單元通訊，接收時不能積極的傳送錯誤通知。此外，在錯誤恢復後，無法馬上開始通訊，會在下次開始傳送期間插入"延遲傳送"(8-bit的隱性位元)。 24

  29. 第二章　CAN匯流排協定 2.3 錯誤狀態的種類 匯流排關閉狀態：此狀態不能參加匯流排通訊。此時，資訊的接收與傳送均會被禁止。 25

  30. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 T89C51CC01是Atmel公司針對CAN協定所整合的一顆微處理機，其基本特性如下： 8051核心架構 256 Bytes RAM 1K Bytes XRAM 32 Bytes 快閃記憶體 資料的保存期限，在85℃下，可保存10年 26

  31. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 2 Bytes 快閃Bootloader 3個16-bit定時／計時器 14個中斷源，4個中段優先級 全雙工傳輸 5個周邊埠：32+2條的數位I/O引線 5個16-bit PCA通道 8-bit 脈波寬度調變(PWM)與高速輸出 27

  32. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 雙資料指標器 21-bit 看門狗計時器 8個10-bit ADC 多通道輸入 CAN控制器 28

  33. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 圖4 T89C51CC01硬體架構示意圖 29

  34. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 PLCC44重要接腳說明： VSS：電路接地 VCC：電壓提供 XTAL1：輸入震盪器 XTAL2：輸出震盪器 埠0：8-bit I/O 埠 埠1：8-bit I/O 埠並支援ADC 30

  35. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 埠2：8-bit I/O 埠 埠3：8-bit I/O 埠和一些特殊功能(P3.0和P3.1可作為信號輸入和輸出) 埠4：2-bit I/O 埠，CAN應用的輸入與輸出 VAREF：ADC輸入的參考電壓 VAGND：ADC的接地 Reset：重置裝置 ALE：負責將存取到外部記憶體的低位址閂鎖住 31

  36. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 PSEN：使外部程式記憶體的匯流排致能 EA：接高電位時，CPU讀取內部記憶體;；接低電位時， CPU讀取外部程式記憶體儲存位址 32

  37. 第三章　T89C51CC01介紹 3.1 基本架構與特性 圖5 T89C51CC01 PLCC-44pin 包裝接腳示意圖 33

  38. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 KEIL µVISION是眾多單片機應用開發軟件中最優秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51架構的芯片，甚至ARM，它集編輯，編譯，仿真等於一體，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。 34

  39. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖6 新建立"MyKuV"資料夾 35

  40. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖７Keil C µVision4啟動圖示與頁面 36

  41. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖8 新建專案選單位置操作示意圖 37

  42. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖9 新建專案存檔位置操作示意圖 38

  43. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖10 T89C51CC01選項 39

  44. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖11 新建文本操作示意圖 40

  45. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖12 C語言編譯操作示意圖 41

  46. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖13 儲存文本操作示意圖 42

  47. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖14 加入專案操作示意圖 43

  48. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖15設置晶振操作示意圖 44

  49. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖16 設置自行產生HEX文件操作示意圖 45

  50. 第四章 軟體開發工具組 4.1 Keil C µVision4概述與基本操作 圖16 編譯產生HEX文件操作示意圖 46

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