电控 – 汽车总线 – CAN、LIN、FlexRay、Ethernet、MOST（1）

汽车总线是为解决传统汽车电气系统布线复杂、实时性不足而发展的数字化通信技术，由德国博世公司开发的CAN总线技术推动应用。该技术通过总线控制实现动力系统、安全设备等协同运作，导线长度大幅缩减。

汽车总线是车载电子系统的通信骨架，用于实现ECU（电子控制单元）之间的数据传输，随着汽车电子化、智能化发展，总线技术逐步进化演变，形成多种协议并存的分层架构。主要类型包括控制器局域网CAN、局部互联协议LIN、CANFD、Automotive Ethernet、FlexRay总线和MOST总线等。

目前汽车上普遍采用的汽车总线有局部互联协议LIN和控制器局域网CAN，正在发展中的汽车总线技术还有高速容错网络协议FlexRay、用于汽车多媒体和导航的MOST以及与计算机网络兼容的蓝牙、无线局域网等无线网络技术。

目前，绝大多数车用总线都被SAE（美国汽车工程师协会）下属的汽车网络委员会按照协议特性分为A、B、C、D四类。

A类总线：面向传感器或执行器管理的低速网络，它的位传输速率通常小于20Kb/S。A类总线以LIN（Local Interconnect Network 本地互联网）规范最有前途。面向独立控制模块间信息共享的中速网络，位速一般在10~125 Kb/S之间。B类总线：以CAN（Controller Area Network 控制器局域网络）最为著名。面向闭环实时控制的多路传输高速网络，位速率多在125Kb/S ~ 1Mb/S 之间。C类总线：主要用于车上动力系统中对通讯的实时性要求比较高的场合，主要服务于动力传递系统，如：FlexRay（FlexRay总线是由戴姆勒-克莱斯勒与宝马公司于1999年发起研发的高速车载总线技术）。在欧洲，汽车厂商大多使用“高速CAN”作为C类总线，它实际上就是ISO 11898-1 中位速率高于125Kb/S的那部分标准。D类总线：面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在2Mb/S 以上，主要用于CD等播放机和液晶显示设备。如：MOST(Media Oriented Systems Transport)多媒体定向系统传输下面我们逐个解析不同的总线：CAN-BUS即CAN总线技术，全称为“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”。是一种由德国博世公司于1986年开发的用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线或光缆来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。目前在车内总线中，占据主导地位的是CAN总线。

汽车上有各种控制单元，每个控制单元可看作是一台独立的电脑，它可以接收信息，同时能对各种信息进行处理、分析，然后发出一个指令。部分汽车的控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换，这种数据线也叫CAN数据总线。通过该种方式，所有的信息，不管信息容量的大小，都可以通过这两条数据线进行传递，这种方式充分的提高了整个系统的运行效率。

目前汽车上的CAN数据总线连接方式主要有两种，一种是用于驱动系统的高速CAN总线，速率可达到500kb/s，另一种是用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kb/s。当然对于中高级轿车还有一些如娱乐系统或智能通讯系统的总线，它们的传输速率更高，可以超过1Mb/s。

基础版本分为CAN 2.0A（标准帧，11位ID）和CAN 2.0B（拓展帧，29位ID），传输速率最高可达500kbps，主流应用速率为250kbps（车身）、500kbps（动力系统和底盘）。CAN 2.0常用于动力总成（发动机ECU、变速箱TCU）、底盘控制（ABS、ESP、转向系统）、车身控制（车门、灯光、空调、仪表）、诊断系统（OBD）、电池管理（BMS、新能源汽车）。

CANFD（CAN with Flexible Data-Rate, 灵活数据速率CAN）总线‌是传统 CAN 总线的升级版，全称“灵活数据速率控制器局域网”，由博世 2012 年推出，主要解决了传统 CAN 传输慢、数据量少的问题，最高传输速率可达 8Mbps，单帧数据量由8字节提升至 64 字节。由于比CAN总线通信速率高，负载率高，所以常常代替CAN，用于需要大量数据处理和传输的部分，解决了CAN 2.0数据段短、速率低的痛点。CAN FD常用于新能源汽车高压控制、自动驾驶域控制器低速交互、高精度传感器数据传输（替代部分CAN 2.0应用场景）

CAN总线优点：1.技术成熟，高可靠性，软硬件生态完善，数据传输速度更高，实时性好，节省线束，硬件成本低，可降低车重，优化了车身的布线方式。2.总线中所有节点地位平等，没有中心控制器，每个节点都可以主动发送数据，控制单元中有一个发生故障，其它控制单元仍可发送各自的数据，互不影响，容错性极强。3.数据帧以ID标识优先级，ID数值越小，优先级越高，多个节点同时发送时，低ID帧优先占用总线，无冲突丢失，可以满足汽车控制的硬实时性要求以及多数控制场景需求。4.CAN数据总线为双线制，若有一条发生故障，CAN系统会转为单线运行模式，提高了整车的稳定性。CAN2.0单帧数据仅8位，传输时延短，出错率低，适合车载控制类短数据交互场景。5.CAN采用CAN_H和CAN_L双线差分传输，抗电磁干扰（EMI）能力较极强（CAN线会受到外界干扰进而产生波动，即：CAN_H 隐性电压2.5V和CAN_L 隐性电压2.5V会同时波动，CAN_H 显性电压3.5V和CAN_L 显性电压1.5V会同时波动，但双线之间的相对电压差值却是恒定的，仍然等于隐性电平2.5V-2.5V=0V和显性电平3.5V-1.5V=2V，进而起到抗电磁干扰的作用），适配汽车发动机舱、车身等恶劣电磁环境。除此之外，CAN系统的双线在实际中是像“麻花”一样缠绕在一起的，这样可以有效地防止电磁波的干扰和向外辐射。

CAN总线缺点：1.带宽受限，难以支持大数据量传输。CAN 2.0速率低、单帧数据量小。即便是CAN FD，依旧无法满足超高速、大数据传输需求（如视频）。2.无时间同步机制，不适合高精度控制。