第一百三十一章 CAN匯流排

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在前世1980年的早些時候,博世公司的工程師就開始論證當時的串行總線用於客車系統的可行性。

因為沒有一種現成的網路方案能夠完全滿足汽車工程師們的要求,於是,在1983年初,uwekiencke開始研究一種新的串行總線。

新匯流排的主要方向是增加新功能、減少電氣連接線,使其能夠用於產品,而非用於驅動技術。來自mercedes-benz的工程師較早制定了匯流排的狀態說明,而intel也準備作為半導體生產的主要廠商。當時聘請的顧問之一是來自於德國braunschweig-wolfenbuttel的appliedscience大學教授wolfhardlawrenz博士給出了新網路方案的名字“controllerareawork”,簡稱can。來自karlsruhe大學的教授horstwettstein博士也提供了理論支援。

經過三年的研發,於1986年2月,can誕生了。

在底特律的汽車工程協會大會上,由博世公司研究的新匯流排系統被稱為“汽車序列控制器區域網”。uwekiencke、siegfrieddais和martinlitschel分別介紹了這種多主網路方案。

此方案基於非破壞性的仲裁機制,能夠確保高優先順序報文的無延遲傳輸。並且,不需要在匯流排上設定主控制器。此外,can之父——上述幾位教授和博世公司的wolfgangborst、wolfgangbotzenhard、ottokarl、helmutschelling、janunruh已經實現了數種在can中的錯誤檢測機制。

該錯誤檢測也包括自動斷開故障節點功能,以確保能繼續進行剩餘節點之間的通訊。傳輸的報文並非根據報文發送器/接收器的節點地址識別(幾乎其它的匯流排都是如此),而是根據報文的內容識別。同時,用於識別報文的識別符號也規定了該報文在系統中的優先順序。

當關於這種革新的通訊方案的大部分文字內容制定之後,於1987年中期,intel提前計劃2個月交付了首枚can控制器:82526,這是can方案首次透過硬體實現。

僅僅用了四年的時間,設想就變成了現實。不久之後,philips半導體推出了82c200。這兩枚最先的can控制器在驗收濾波和報文控制方面有許多不同。一方面,由intel主推的fullcan比由philips主推的basiccan佔用較少的cpu載荷;另一方面,fullcan器件所能接收的報文數目相對受到限制,basiccan控制器僅需較少的矽晶體。在後期的can控制器中,“孫子”輩們在同一模組中的驗收濾波和報文控制方面仍有相當的不同,製造出basiccan和fullcan兩大陣營。

在1990年早些時候,博世can規範(版)被提交給國際標準化組織。在數次行政討論之後,應一些主要的法國汽車廠商要求,增加了“vehicleareawork(van)”內容,並於1993年11月出版了can的國際標準iso11898。

除了can協議外,它也規定了最高至1mbps波特率時的物理層。同時,在國際標準iso11519-2中也規定了can數據傳輸中的容錯方法。1995年,國際標準iso11898進行了擴充套件,以附錄的形式說明了29位can識別符號。

但令人傷心的是,所有出版的can規範均包含錯誤或者不完整。因此,為避免出現不相容的can應用,博世公司一直在進行驗證can晶片是否基於博世的can參考模型的工件。此外,幾年來在lawrenz教授領導下,位於德國braunschweig/wolfenbuttel的---appliedscience大學進行can的一致性測試,測試模式基於國際標準測試規範-----iso16845。

在修訂的can規範正在標準化中。iso11898-1稱為“can資料鏈路層”,iso11898-2稱為“非容錯can物理層”,iso11898-3稱為“容錯can物理層”。國際標準iso11992(卡車和拖車介面)和iso11783(農業和森林機械)都在美國標準j1939的基礎上定義了基於can應用的子協議,但是它們並不完整。

儘管當初研究can的起點是應用於客車系統,但can的第一個市場應用卻來自於其他領域。特別是在北歐,can早已得到非常普遍的應用。在荷蘭,電梯廠商kone使用can匯流排。瑞士工程辦公室kvaser已建議將can應用至一些紡織機械廠(lindauerdornier和sulzer),並由他們提供機器的通訊協議。

這一領域中,在lars-bernofredriksson的領導下,公司建立了“can紡織機械使用者集團”。到1989年,他們已研究出通訊原理,並於1990年早期幫助建立“cankingdom”開發環境。

儘管cankingdom並不是一種基於osi參考模型的應用層,但它被認為是基於can的高層協議的原型。在荷蘭,philips醫療系統決定使用can構成x光機的內部網路,成為can的工業使用者。主要由tomsuters發表的“philips報文規範——pms”提出了can網路的第一個應用層。來自德國weingarten的appliedscience大學教授konradetschberger博士也持同樣的觀點。他管理steinbeistransfercenterforprocessautomation(stzp)公司(現在更名為ixxatautomation公司),並開發出一個類似的方案。

不管如何,第一個高層協議正在形成。大多數can的先行者使用單片電路的方法,通訊功能、網絡管理、應用程式碼組合在同一個軟體之中。即使一些使用者有較多的標準模組可供利用,但面對所有的解決方案,他們也一定存在著缺陷。

而在1990年的早些時候,開始籌劃成立一個使用者組織,從而將不同的解決方案標準化。在1992年初的幾個月裡,當時vmebus雜誌的主管(出版社:franzis)holgerzeltwanger將使用者和廠商集中在一起,討論建立一個促進can技術發展的中立平臺,同時也針對串行總線市場進行分析。1992年5月,cia“caninautomation”使用者集團正式成立。僅在幾個星期後,cia即發表了第一份技術雜誌,那是關於物理層的。

cia推薦僅使用遵循iso11898的can收發器。到現在為止,在當時的can網路中使用非常普遍但並不相容的rs-485收發器已基本消失,儘管它也是廠商提供的。cia的首批任務之一是規定can的應用層。根據philips醫療系統(pms)和stzp所提供的內容,依靠其餘cia會員的協助,cal——“can應用層”也稱為“綠皮書”誕生了。在制定can應用規範時,cia的一個主要任務是進行can專家和其他can學習者之間的資訊交流。因此,從1994年起,cia每年召開一次國際can會議(icc)。

另外一個理論的方法是借鑑於l**,一個農業的交通工具協會。在1980年晚些時候開始,一個基於can的農業交通工具匯流排系統(lbs)被制定出。但在工作最終完成前,國際標準化委員會決定改向支援

us解決方案——j1939。這也是一個基於can的應用子協議,由sae的truckandbus協會制定。j1939是一個非模塊化的方案,簡單易學,但靈活性很差。

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當然,生產can模組整合器件的15家半導體廠商主要聚焦於汽車工業。從1990年中期起,infineon公司和motorola公司已向歐洲的客車廠商提供了大量的can控制器。作為下一波,從1990年後期起,遠東的半導體廠商也開始提供can控制器。

1994年,nec推出了傳說中的can晶片72005,但是,這一步太早了——當時,這個器件並不能投入使用。從1992年起,mercedes-benz(賓士)開始在他們的高階客車中使用can技術。第一步使用電子控制器透過can對發動機進行管理;第二步使用控制器接收人們的操作訊號。

這就使用了2個物理上獨立的can匯流排系統,它們透過閘道器連線。其他的客車廠商也紛紛趕來斯圖加特學習,在他們的客車上也使用2套can匯流排系統。現在,繼volvo、saab、volkswagen、bmw之後,renault和fiat也開始在他們的汽車上使用can匯流排。

而在1990的早些時候,美國俄亥俄州的機械工程公司的工程師們與allen-bradley公司、honeywell微型開關公司開始了一個合資專案,內容是基於can的通訊與控制。但是,不久之後,項目組的重要成員離開合資專案終止。但allen-bradley公司和honeywell公司各自繼續從事這項工作。

這導致產生了兩個高層協議:“device”和“smartdistributedsystem(sds)”,而且這2個協議在較低層的通訊層上非常相似。在1994年早些時候,allen-bradley將device規範移交給專職推廣device的組織“opendevicevendorassociation(odva)”。而honeywell則放棄了在sds方面的努力,使得sds更象honeywell公司的內部解決方案。

device特別為工廠自動控制而定製,因此,使其成為類似profibus-dp和interbus協議的有力競爭者。倘若僅從即插即用的功能考慮,device已經成為美國特定應用領域中的領導者。

在歐洲,一些公司在嘗試使用cal。儘管cal在理論上正確,並在工業上可以投入應用,但每個使用者都必須設計一個新的子協議,因為cal是一個真正的應用層。cal可以被看作一個應用can方案的必要

理論步驟,但在這一領域它不會被推廣。從1993年起,在espritprojectaspic範圍內,由bosch領導的歐洲協會研究出一個原型,由此發展成為canopen。它是一個基於cal的子協議,用於產品部件的內部網路控制。在理論方面,來自德國reutlingen的appliedscience大學教授gerhardgruhler博士和來自newcastle(uk)大學的mohammedfarsi積極參與,均是其中最成功的活躍分子之一。在專案完成之後,canopen規範移交給cia組織,由其進行維護與發展。在1995年,cia發表了完整版的canopen通訊子協議;僅僅用了5年的時間,它已成為全歐洲最重要的嵌入式網路標準。canopen不僅定義了應用層和通訊子協議,也為可編程系統、不同器件、介面、應用子協議定義了頁狀態,這也就是工業領域(比如:印表機、海事應用、醫療系統)決定使用canopen的一個重要原因。

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