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摘 要 随着汽车电子技术的高速发展，微控制器在车内各零部件中被广泛使用，而CAN网络已成为目前各微控制器之间最主流的通信方式。虽说CAN网络有着非常高的稳定性，但仍有概率出现总线关闭的严重错误。文章通过分析CAN通信出错的原因，阐述了如何诊断总线关闭与记录故障，提出故障恢复的方法与建议。希望能对汽车电子技术的健康发展起到一定的作用。
关键词 CAN网络；总线关闭；诊断故障码；故障恢复
中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0073-03
1 研究的背景和意义
从改革开放到现在，汽车产业对我国经济发展产生巨大的推动，对社会进步产生了深远的影响，逐渐成为了我国的支柱行业。近几年来，随着科技发展的日新月异，汽车上电子控制装置越来越多，汽车音响，电子仪表，空调控制器，电喷发动机，BCM，ABS等等ECU在车内形成了巨大的网络系统，按照传统的布线模式，电线的错综复杂对汽车的电气控制及系统实时网络通信带来重重困难，CAN总线网络的出现，大大简化了综合布线，很好的解决了系统间的信息交互与共享，在汽车电子技术的普及应用取得了重大进步。
Can-Bus总线技术是“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”的简称，它具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。
虽然CAN总线有着非常高的稳定性，然而，一旦出现错误尤其是CAN总线关闭，对于汽车的整体功能甚至安全性都造成极大影响。为此，在汽车行业高速发展，电子与通信技术广泛应用的今天，如何检测汽车网络故障的发生，如何修复故障，使我们能够保证稳定和安全的应用CAN网络技术服务于汽车产业，形成了本文研究的背景和意义。
2 汽车CAN总线网络技术的概述
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究开发而成一种串行通信协议，而今形成了CAN技术规范2.0，包括支持11位地址标准帧的2.0A版本，和支持11位地址标准帧与29位地址扩展帧的2.0B版本。它的出现解决了汽车内部多个微控制器进行实时数据交互的问题。在物理层上，通信介质一般是双绞线，也可以使同轴电缆或光纤。CAN总线的技术有以下特点。
1）是多主系统。
2）最高波特率达到1 Mbit/sec。
3）是短帧结构（每条报文最多8字节数据）。
4）有错误检测与处理机制。
5）有数据校验，帧内应答。
6）是总线型拓扑结构。
7）是广播发送。
8）具有基于优先级的总线仲裁机制。
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）总线通信物理电平信号
CAN总线采用CAN_H与CAN_L的差分信号进行通信，显性位为逻辑0，隐性位为逻辑1，并通过“线与”的机制决定总线电平。
2.4 CAN帧类型
CAN总线的帧类型包括：数据帧，远程帧，帧间空间，错误帧，超载帧。其中总线关闭的故障就是由错误帧引起的。
2.5 CAN总线可检测的错误类型
1）位错误：节点检测到的位与自身送出的位数值不同。在仲裁或ACK位期间送出“隐性”位，而检测到“显性”位不导致位错误。
2）填充错误：在使用位填充编码的帧场（帧起始至CRC序列）中，不允许出现六个连续相同的电平位。
3）CRC错误：节点计算的CRC序列与接收到的CRC序列不同。
4）格式错误：固定格式位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧结束等）含有一个或更多非法位。
5）ACK错误：发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位。
其中发送节点能检测到的错误有位错误、格式错误、ACK错误。而接收节点能检测到的错误有填充错误、格式错误、CRC错误。CAN控制器与收发器在检测到错误时，会发出错误帧，通报到总线上发送或接收报文错误。
由于CAN总线有着极高的稳定性，所以网络出现错误而又不被检测到的机会极低。假如一个高速CAN以500kbps的速率进行通信，总线的负载为25%，每年按照2000小时来算，那么至少要1000年才会漏检一个错误。
3 汽车CAN总线关闭问题的成因分析
3.1 CAN总线关闭
CAN控制器可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部干扰等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线、短路等）。由此，当总线上发生持续数据错误时，CAN控制器内部的错误计数器累积到总线关闭的阀值，可将引起此故障单元从总线上隔离出去，不参与跟总线其他节点的网络通信。
3.2 CAN（高速）总线常见物理故障分析
对于CAN总线常见的物理故障，主要是CAN线路产生的。其中包括：
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。
但是根据ISO11898标准，CAN收发器具有一定的容错性能。因此，并不是每一种CAN线路的故障都会导致CAN总线关闭问题的发生。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自身容错外，其他线路故障都会存在引发CAN总线关闭问题的可能性。
关键词 CAN网络；总线关闭；诊断故障码；故障恢复
中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0073-03
1 研究的背景和意义
从改革开放到现在，汽车产业对我国经济发展产生巨大的推动，对社会进步产生了深远的影响，逐渐成为了我国的支柱行业。近几年来，随着科技发展的日新月异，汽车上电子控制装置越来越多，汽车音响，电子仪表，空调控制器，电喷发动机，BCM，ABS等等ECU在车内形成了巨大的网络系统，按照传统的布线模式，电线的错综复杂对汽车的电气控制及系统实时网络通信带来重重困难，CAN总线网络的出现，大大简化了综合布线，很好的解决了系统间的信息交互与共享，在汽车电子技术的普及应用取得了重大进步。
Can-Bus总线技术是“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”的简称，它具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。
虽然CAN总线有着非常高的稳定性，然而，一旦出现错误尤其是CAN总线关闭，对于汽车的整体功能甚至安全性都造成极大影响。为此，在汽车行业高速发展，电子与通信技术广泛应用的今天，如何检测汽车网络故障的发生，如何修复故障，使我们能够保证稳定和安全的应用CAN网络技术服务于汽车产业，形成了本文研究的背景和意义。
2 汽车CAN总线网络技术的概述
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究开发而成一种串行通信协议，而今形成了CAN技术规范2.0，包括支持11位地址标准帧的2.0A版本，和支持11位地址标准帧与29位地址扩展帧的2.0B版本。它的出现解决了汽车内部多个微控制器进行实时数据交互的问题。在物理层上，通信介质一般是双绞线，也可以使同轴电缆或光纤。CAN总线的技术有以下特点。
1）是多主系统。
2）最高波特率达到1 Mbit/sec。
3）是短帧结构（每条报文最多8字节数据）。
4）有错误检测与处理机制。
5）有数据校验，帧内应答。
6）是总线型拓扑结构。
7）是广播发送。
8）具有基于优先级的总线仲裁机制。
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）总线通信物理电平信号
CAN总线采用CAN_H与CAN_L的差分信号进行通信，显性位为逻辑0，隐性位为逻辑1，并通过“线与”的机制决定总线电平。
2.4 CAN帧类型
CAN总线的帧类型包括：数据帧，远程帧，帧间空间，错误帧，超载帧。其中总线关闭的故障就是由错误帧引起的。
2.5 CAN总线可检测的错误类型
1）位错误：节点检测到的位与自身送出的位数值不同。在仲裁或ACK位期间送出“隐性”位，而检测到“显性”位不导致位错误。
2）填充错误：在使用位填充编码的帧场（帧起始至CRC序列）中，不允许出现六个连续相同的电平位。
3）CRC错误：节点计算的CRC序列与接收到的CRC序列不同。
4）格式错误：固定格式位场（如CRC界定符、ACK界定符、帧结束等）含有一个或更多非法位。
5）ACK错误：发送节点在ACK位期间未检测到“显性”位。
其中发送节点能检测到的错误有位错误、格式错误、ACK错误。而接收节点能检测到的错误有填充错误、格式错误、CRC错误。CAN控制器与收发器在检测到错误时，会发出错误帧，通报到总线上发送或接收报文错误。
由于CAN总线有着极高的稳定性，所以网络出现错误而又不被检测到的机会极低。假如一个高速CAN以500kbps的速率进行通信，总线的负载为25%，每年按照2000小时来算，那么至少要1000年才会漏检一个错误。
3 汽车CAN总线关闭问题的成因分析
3.1 CAN总线关闭
CAN控制器可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部干扰等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线、短路等）。由此，当总线上发生持续数据错误时，CAN控制器内部的错误计数器累积到总线关闭的阀值，可将引起此故障单元从总线上隔离出去，不参与跟总线其他节点的网络通信。
3.2 CAN（高速）总线常见物理故障分析
对于CAN总线常见的物理故障，主要是CAN线路产生的。其中包括：
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。
但是根据ISO11898标准，CAN收发器具有一定的容错性能。因此，并不是每一种CAN线路的故障都会导致CAN总线关闭问题的发生。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自身容错外，其他线路故障都会存在引发CAN总线关闭问题的可能性。