是时候聊一下CAN总线了（上）——汽车工业思考
文/Edward
我们平时经常都赞扬德国技术，甚至有很多人都有一种莫名的好感，总觉得德国制造就是当今世界上最顶尖制造业水平的代表。于是，德国产品走出了欧洲，走向了全世界，成为当今世界上制造业水平最高的代名词之一。
说到德国制造，我们技术人员首先想到的是西门子，英飞凌等强大的科技公司。但是对于绝大多数普通人来说，提起德国，首先想到的一定是它的汽车工业。没错，当今世界，最能代表一个国家先进制造业水平的工业门类就是汽车工业。世界上能造汽车的国家屈指可数，然而德国的汽车更是高端汽车的典型代表，就如同说到先进科技，首先会想到美国，说到奢侈品，首先会想到法国一样。
CAN总线是推动德国汽车工业发展的最强发动机
对汽车历史稍微有点了解的朋友应该知道，德国汽车工业的崛起，也不过是近50年左右的故事，最早汽车工业最强大的，还非美国莫属。德国传统的汽车工业，在二战之后被打击的七零八落，典型如奥迪，在二战之后被分为了两部分，也成为了冷战的牺牲品。但是短短三十几年的发展，又让其迈入了豪华品牌阵营。
背景说的过多，我们现在就来迈入主题，推动德国汽车工业最强大的动力是什么？有人可能会说，是其强大的机械制造，这个显然是不严谨的，日本的重工机械和德国比起来可能有过之而无不及。甚至日本在那个热血年代出现了搭载C20A红头机的本田NSX，搭载2JZ的丰田牛魔王SUPRA，搭载独领风骚的转子发动机的马自达RX7（FC），搭载BR系列发动机的最强战神GTR，这些汽车稍微改装一下都能达到千匹马力，随随便便都能和德国的BBA抗衡。
图1 GTR和911
显然，强大的机械制造，不足以推动现代汽车产业的发展。那么到底德国汽车工业发展如此迅速的动力是什么呢？这个答案我们可以从大众汽车身上面去寻找，就是平台化和模块化的设计理念。比如大众的MQB平台，拉长，升高，最多可以造出多达24个车型。当然，这个平台化的汽车设计是后来发展起来的，在平台化汽车的设计思想诞生前，德国车企就在开始用模块化的思想造车了。而CAN总线的诞生，使得德国车企的模块化车辆设计可以实现。并且德国汽车产业联盟开始成为世界汽车行业的标准制定者。
目前，CAN总线虽然已经满足不了汽车行业的发展了，更多的汽车总线被引入汽车上面。而汽车软件的开发已经变成一个标准架构了，这个架构就是AUTOSAR，核心成员绝大多数也是德国企业。
图2 AUTOSAR核心成员
CAN总线简介
上面已经简单地介绍了德国车企的强势推力，接下来我们来简单地介绍一下汽车上面的总线系统。
最早的汽车控制都是机械控制系统，这个我们就不讨论了，我们来从电控说起。有些朋友可能会有疑问了，我们平时开车所接触的汽车上面的电子系统就是一个中控屏，难道这也算是汽车电子？我们的手机软件比它做的还要好呢。其实，这些只是汽车电子的一部分。
真正的意义上的汽车电子指的是ECU（发动机控制器），TCU（自动变速箱控制单元），刹车系统，转向控制器等部件。这些汽车电子控制着我们车辆的正常工作。细化的说如，ECU可以控制发动机每个气缸何时点火，喷油量大小等，TCU可以控制变速箱换挡机构运动，进行换挡工作等。这些对象都有个显著的特点，即对安全性要求特别高，只要有一个部件出差错，后果不堪设想。除了上述的部件之外，还有如车灯，仪表显示等都是包括在这一个层面的汽车电子中的。
还有一部分就是对安全要求不是很高的，如电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。
图3 汽车上面的总线
上述的与汽车核心部件相关的部件都是通过CAN总线连接起来的，除此之外，CAN总线在汽车部件的诊断邻域用的非常多。而目前的CAN总线通讯速率明显已经达到瓶颈了，很多先进的乘用车发动机控制选择了Flex Ray总线，CAN总线在乘用车上的比例越来越少，但是一些重型的柴油工程车辆上面还是使用着到处可见的CAN总线。
图4 汽车上面的总线使用
CAN总线又称作汽车总线，全称为“控制器局域网（Controller Area Network）”，意思是区域网络控制器，它将各个单一的控制单元以某种形式（多为星形）连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。
图5 ECU
在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。另外，随着近年来智能运输系统（ITS）的发展，以3G（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。
CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射，当电阻出现故障，控制单元的信号无效。
为什么是CAN？
这里有朋友可能会有疑问了，我们的通讯有那么多现成，成熟的方案可以选择，为什么这些德国人偏偏要发明一个全新的通讯总线来应用在汽车上面呢？这是因为CAN总线有着如下的优点：
CAN总线是一种区别于串口总线的工业控通信系统，它是德国博世公司出品为汽车电子shu产品升级而服务的，因为主要是应用在汽车控制上，所以它的优点很多倾向于汽车的控制，如：
1、CAN总线的数据传输速度快，理论峰值能够达到1Mbps，具有很高的数据通讯即时性。
2、CAN总线的最远数据传输距离为10千米，完全能够满足汽车的通讯控制需要。
3、一条CAN总线就可以同时连接128个节点，对于一台汽车来说，一到两条CAN总线就能够完全胜任汽车的控制工作，对于空间寸土寸金的汽车来说特别合适。
4、CAN总线的抗干扰能力很强，不会轻易的出问题，能够有效地保障驾驶者的安全。
下一篇内容，我们将会详细分析CAN总线技术。
图6 CAN总线网络