如何有效進(jìn)行CAN-bus總線的安全保障？

時(shí)間：2021-08-19 15:30:18

關(guān)鍵字：總線 CAN-bus

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[導(dǎo)讀]CAN總線因強(qiáng)大的抗干擾和糾錯(cuò)重發(fā)機(jī)制，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、煤礦、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等行業(yè)，但在CAN總線遇見(jiàn)不同程度的問(wèn)題時(shí)，工程師該如何有效進(jìn)行CAN-bus總線的安全保障呢？在紛雜的CAN總線現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，您是否遇到比如兩端總線不兼容、總線干擾大、負(fù)載率高、通信距離...

CAN總線因強(qiáng)大的抗干擾和糾錯(cuò)重發(fā)機(jī)制，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、煤礦、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等行業(yè)，但在CAN總線遇見(jiàn)不同程度的問(wèn)題時(shí)，工程師該如何有效進(jìn)行CAN-bus總線的安全保障呢？

在紛雜的CAN總線現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，您是否遇到比如兩端總線不兼容、總線干擾大、負(fù)載率高、通信距離不夠、波特率不匹配等問(wèn)題，這時(shí)你會(huì)怎么處理呢？那接下來(lái)就介紹一下今天的主角，看看它是怎么解決這些問(wèn)題的吧！“CAN-bus安全保鏢”——CAN/CANFD網(wǎng)橋簡(jiǎn)介CAN網(wǎng)橋類設(shè)備分為傳統(tǒng)高速CAN網(wǎng)橋（CANBridge ）和支持CANFD的網(wǎng)橋（CANFDBridge），如圖1所示。CANFDBridge是一款智能CANFD網(wǎng)橋，功能上覆蓋傳統(tǒng)高速CAN網(wǎng)橋，并且性能更好。CANFDBridge最低波特率僅支持 50Kbps，若CAN網(wǎng)絡(luò)波特率低于 50Kbps 則選擇 CANBridge ，接下來(lái)以CANFDBridge為例介紹一下它的技能吧。

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圖1 CANFDBridge 和 CANBridge

??安全保障技能1——隔離干擾

隔離干擾是 CAN/CAN FD 網(wǎng)橋最重要的一個(gè)應(yīng)用，網(wǎng)橋從軟硬件兩方面提升了設(shè)備抗干擾能力，硬件上采用電源、通信雙隔離的CAN模塊，實(shí)現(xiàn)2500VDC電氣隔離的CAN/CAN FD接口，靜電等級(jí)接觸放電±8KV，軟件上增加了抗干擾算法，可以有效隔離總線干擾。

如在充電樁及新能源汽車行業(yè)，強(qiáng)電流往往滋生復(fù)雜的電磁環(huán)境，導(dǎo)致通訊異常不斷，比如會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳遲緩，儀表盤(pán)顯示異常，有ECU死機(jī)等問(wèn)題。面對(duì)干擾，有兩種措施，消除干擾源或者隔離干擾。但有些應(yīng)用是無(wú)法消除干擾源，如在新能源車中，電機(jī)的啟停伴隨著強(qiáng)電磁干擾，簡(jiǎn)單的做法是增加CANFDBridge將干擾隔離，如下圖2所示.

圖2 干擾隔離應(yīng)用示例

??安全保障技能2——ID過(guò)濾及轉(zhuǎn)化降低負(fù)載率

在高負(fù)載的CAN網(wǎng)絡(luò)中，某些CAN節(jié)點(diǎn)MCU性能低，無(wú)法處理總線上的所有的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致自己需要的數(shù)據(jù)無(wú)法收到，出現(xiàn)這種情況只能過(guò)濾掉不需要的數(shù)據(jù)。CAN 網(wǎng)橋具有硬件執(zhí)行驗(yàn)收過(guò)濾的能力，每個(gè)CAN通道支持設(shè)置64組標(biāo)準(zhǔn)幀單ID/標(biāo)準(zhǔn)幀組ID/擴(kuò)展幀單ID/擴(kuò)展幀組ID的過(guò)濾配置，可有效過(guò)濾無(wú)需數(shù)據(jù)，這樣能夠最大程度上減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

圖3 濾波功能

ID轉(zhuǎn)化功能使用的是CANFDBridge的幀映射功能，單路最大可設(shè)置64條。例如在電池檢測(cè)行業(yè)，每組電池控制器使用相同的幀ID，無(wú)法安裝在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)整體測(cè)試，此時(shí)可以使用幀映射功能實(shí)現(xiàn)多組電池的檢測(cè)。除此之外，數(shù)據(jù)部分也可進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖4所示。

圖4 ID與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換映射功能

??安全保障技能3——波特率轉(zhuǎn)化

在一個(gè)復(fù)雜的工程中往往會(huì)用到多種類型的CAN設(shè)備，他們來(lái)自不同公司不同的設(shè)計(jì)方案，可能使用不同的波特率卻不支持修改。圖5中所示，很顯然這些設(shè)備不能直接掛載到同一CAN網(wǎng)絡(luò)中，此時(shí)可通過(guò)CANFDBridge實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的波特率匹配及互相通信。此外，CANFDBridge支持自定義波特率配置，能輕松應(yīng)對(duì)各種特殊設(shè)備。如何有效進(jìn)行CAN-bus總線的安全保障？

圖5?波特率轉(zhuǎn)化功能

??安全保障技能4——延長(zhǎng)通信距離

大家都知道，波特率越大傳輸距離就越短，但在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到超出傳輸距離導(dǎo)致CAN報(bào)文丟幀的現(xiàn)象，如圖6所示，網(wǎng)絡(luò)波特率是1Mbps，當(dāng)總線超過(guò)40m，CAN 報(bào)文會(huì)丟幀，伴隨著通信距離越長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)丟幀現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸受到CAN 總線通信距離的限制。針對(duì)此情況可使用CANFDBridge，來(lái)延長(zhǎng)總線通信距離。

圖6?總線延長(zhǎng)功能

CAN網(wǎng)橋?qū)τ趦啥丝偩€不兼容、總線干擾大、負(fù)載率高、通信距離不夠、波特率不匹配等導(dǎo)致CAN-bus網(wǎng)絡(luò)故障的“敵人”毫不留情，試問(wèn)如此可靠的“保鏢”又有誰(shuí)能不愛(ài)呢？

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