通訊網路與 CAN Bus 應用 國立虎尾科技大學車輛工程系 機電工程研究所材料科學與綠色能源工程研究所 研發處實習就業組賴大溪 E-mail: tslai@nfu.edu.tw 2007/12/19 1
大 綱 網路的基本概念 CAN 的應用發展趨勢 CAN 的基本概念 汽車網路的必要性 車用通訊網路發展趨勢 CAN 的汽車相關通訊協定 ISO 14230 車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 2
網路的基本概念 ( 通訊 ) 郵差 2007/12/19 3
網路的基本概念 通訊網路的目的 人類為精確快速地傳遞訊息 2007/12/19 4
何謂電腦網路? 網路的基本概念 ( 續 ) 兩部電腦以上藉由網路卡經傳輸媒介 (medium) 連接而達到資料互傳與資源共享 PC 網路卡 PC 網路卡 傳輸媒介 PC 網路卡 2007/12/19 5
電腦網路連接範圍之類別網路的基本概念 ( 續 ) 廣域網路 (WAN, 超過 50Km) 中域網路 (MAN,50Km) 區域網路 (LAN, 數 Km) 2007/12/19 6
網路傳輸技術網路的基本概念 ( 續 ) 基頻傳輸 (baseband transmission) 數位式傳輸 ( 單通道 ) 寬頻傳輸 (broadband transmission) 類比式傳輸 ( 多通道 ) 2007/12/19 7
通訊介面網路的基本概念 ( 續 ) 2007/12/19 8
通訊協定網路的基本概念 ( 續 ) 通訊協定 (protocol) 就是一些相互溝通的通訊標準和規則 ( 如人類的語言溝通方式 ) 2007/12/19 9
OSI 網路的參考模型網路的基本概念 ( 續 ) OSI 7 層參考模型 OSI Model OSI - Open Systems Interconnection 由國際標準組織 ISO (International Standard Organization) 制定之網路分層架構標準 OSI 參考模型, 從實體傳輸介質至上層網路應用, 由低而高共包括七個層級 OSI 之網路標準, 依循 OSI 參考模型之七層級制定, 以便清楚完整規範網路應有之功能元件以及必須遵守的準則 2007/12/19 10
Internet 網路的 OSI 參考模型網路的基本概念 ( 續 ) 2007/12/19 11
ISO 的 OSI 七層協定網路的基本概念 ( 續 ) 應用層 (Application layer) 表現層 (Presentation layer) 會談層 (Session layer) 傳輸層 (Transport layer) 網路層 (Network layer) 資料連接層 (Data link layer) 實體層 (Physical layer) 2007/12/19 12
CAN 的起源 CAN 的基本概念 ( 續 ) CAN (Controller Area Network) CAN 為德國 BOSCH 公司在 1991 年依 OSI 模型著手制定第一層級第二層的網路協定 2007/12/19 13
CAN 2.0 通訊標準 車用通訊網路發展趨勢 CAN-Bus 通訊標準 最早提出的 CAN BUS 是 Bosch CAN 2.0 A 標準, 最新的 CAN BUS 參考規範則是 Bosch CAN 2.0 B 標準 CAN 2.0B 主要規範的內容為實體層 (Physical Layer) 與資料連結層 (Data Link Layer), 在實際的 CAN BUS 通訊應用上, 需要加入其它根據 CAN BUS 通訊協定內容所規範的高層協定 (Higher Layer Protocols, HLPs), 才能夠使不同廠家所生產的 CAN BUS 網路節點間得以互相通信 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 24 2007/12/19 14
CAN 的特性 CAN 的基本概念 ( 續 ) 串列通訊協定 CSMA/ CD 載波感應多重存取碰撞檢測法 CSMA/ CD CR 非壞性的逐位元仲裁 訊息導向 訊息具有修先權的等級 Multi master capability 訊框短 (Short frame length) 能偵測有缺陷的節點 高優先權的訊息延遲時間短 具有國際化的通訊協定標準 2007/12/19 15
CAN 的應用發展趨勢 CAN controller chips 使用量 約 57,000,000 (1999);300,000,000 (2003) 2007/12/19 16
汽車網路的必要性 達成資料分享並減少配線的複雜性 可作遠端偵測與診斷 可作汽車導航 (GPS) 2007/12/19 17
車用通訊網路發展趨勢 -SAE 車輛網路分類 Class A X-by-wire Class B 安全匯流排 SAE Class C 行動多媒體 診斷系統 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 2 2007/12/19 18
車用通訊網路發展趨勢 Class B 網路 匯流排 廠商 主要應用 備註 J2284 GM Ford DC 多種場合 基於 ISO11898 (500kbps) CAN 歐洲 車身 / 動力傳動系統控制 基於 ISO11519 ( 容錯 CAN) J1939 T & B 多種場合 卡車 大客車應用 (250kbps) J1850 GM Ford Chrysler 多種場合 主要應用於北美汽車公司 VAN Renault & PSA 車身控制 基於 ISO11519-3 ( 法國 ) 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 18 2007/12/19 19
車用通訊網路發展趨勢 CAN-Bus CAN 是一種多主的串列通訊匯流排, 基於基本的設計規範具有 : 高速的位元傳輸速率 較高的抗電磁干擾 能夠檢測出任何錯誤的信息 CAN Bus 傳送距離與傳送速率 傳送速率 (Bit per Second) 1M 125k 50k 5k 傳送距離 (meters) 40m 500m 1km 10km 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 21 2007/12/19 20
車用通訊網路發展趨勢 CAN-Bus 車用網路架構 依照傳送速率所區分車用網路系統架構 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 29 2007/12/19 21
未使用汽車網路的各種電子控制系統 2007/12/19 22
汽車網路使分散式控制系統以分享資 訊並減少配線 2007/12/19 23
CAN 汽車上的應用 2007/12/19 24
CAN 於其他產業上的應用 2007/12/19 25
CAN 2.0 A Standard Frame Format 2007/12/19 26
CAN 2.0 B Extended Frame Format 2007/12/19 27
CAN 2.0 B 29 bits ID 229 個節點 2007/12/19 28
CAN 以 Message 作訊息導向的通訊 2007/12/19 29
CAN 的訊框 (Frame) 種類 2007/12/19 30
CAN 的 Standard Data Frame 2007/12/19 31
CAN 的 Extended Data Frame 2007/12/19 32
CAN Message 位元結構 2007/12/19 33
CAN 控制器 2007/12/19 34
常見 SAE 有關汽車的通訊協定 CAN-Bus 通訊網路標準 協定內容 通訊協定 SAE J1939 SAE J1850 SAE J1708 SAE J2284 內 CAN-Bus 上層協定, 將 CAN 格式訊框加以從新編排, 規劃網路層 應用層協定 最初由美國三大汽車廠提出, 屬於 Class B 網路 ; 由於實施多年受到廣泛的應用, 是比較成熟的協定 目前 OBD-II 診斷系統定義在 J1850 由於訊息傳送速率低, 只適合用於車身控制系統與診斷系統 描述實體層連接方式, 不僅適用於車內網路的連接, 還可應用在許多非車輛的領域 規範實體層和部分資料連接層的一個標準模式, 規劃了 CAN(125kbps 250kbps 500kbps) 依照不同的傳輸速率都規劃了網路的設計要求 容 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 67 2007/12/19 35
有關 CAN 的汽車通訊協定 CAN-Bus 通訊網路標準 OSI 模型 OSI 七層模型 協定 OBD 應用層 排放 SAE J1939/73 ISO 15031/5 (Application Layer) 控制 SAE J1939/71 ISO 14229/1 ISO 15765/3 表達層 ISO 15031/5 (Presentation Layer) 會議層 ISO 15765/3 (Session Layer) 傳輸層 ISO 15765/2 (Transport Layer) 網路層 ISO 15765/4 (Network Layer) ISO15765/2 2007/11/16 CAN BUS 控制器區域網路 69 2007/12/19 36
ISO 14230 之電腦診斷系統平台測試車輛診斷系統應用實例 系統硬體架構 2007/12/19 37
電腦通訊連接埠設定車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 38
診斷系統溝通介面車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 39
Varica 引擎數據顯示介面車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 40
故障碼顯示介面車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 41
ISO 14230 快速初始化波形車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 42
故障碼顯示數據車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 43
中華汽車 Varica 引擎運轉動態數據車輛診斷系統應用實例 2007/12/19 44
Q & A 2007/12/19 45