如何有效进行CAN-bus总线的安全保障？

时间：2021-08-19 15:30:18

关键字：总线 CAN-bus

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[导读]CAN总线因强大的抗干扰和纠错重发机制，被广泛应用于新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业，但在CAN总线遇见不同程度的问题时，工程师该如何有效进行CAN-bus总线的安全保障呢？在纷杂的CAN总线现场应用中，您是否遇到比如两端总线不兼容、总线干扰大、负载率高、通信距离...

CAN总线因强大的抗干扰和纠错重发机制，被广泛应用于新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业，但在CAN总线遇见不同程度的问题时，工程师该如何有效进行CAN-bus总线的安全保障呢？

在纷杂的CAN总线现场应用中，您是否遇到比如两端总线不兼容、总线干扰大、负载率高、通信距离不够、波特率不匹配等问题，这时你会怎么处理呢？那接下来就介绍一下今天的主角，看看它是怎么解决这些问题的吧！“CAN-bus安全保镖”——CAN/CANFD网桥简介CAN网桥类设备分为传统高速CAN网桥（CANBridge ）和支持CANFD的网桥（CANFDBridge），如图1所示。CANFDBridge是一款智能CANFD网桥，功能上覆盖传统高速CAN网桥，并且性能更好。CANFDBridge最低波特率仅支持 50Kbps，若CAN网络波特率低于 50Kbps 则选择 CANBridge ，接下来以CANFDBridge为例介绍一下它的技能吧。

图1 CANFDBridge 和 CANBridge

安全保障技能1——隔离干扰

隔离干扰是 CAN/CAN FD 网桥最重要的一个应用，网桥从软硬件两方面提升了设备抗干扰能力，硬件上采用电源、通信双隔离的CAN模块，实现2500VDC电气隔离的CAN/CAN FD接口，静电等级接触放电±8KV，软件上增加了抗干扰算法，可以有效隔离总线干扰。

如在充电桩及新能源汽车行业，强电流往往滋生复杂的电磁环境，导致通讯异常不断，比如会出现数据上传迟缓，仪表盘显示异常，有ECU死机等问题。面对干扰，有两种措施，消除干扰源或者隔离干扰。但有些应用是无法消除干扰源，如在新能源车中，电机的启停伴随着强电磁干扰，简单的做法是增加CANFDBridge将干扰隔离，如下图2所示.

图2 干扰隔离应用示例

安全保障技能2——ID过滤及转化降低负载率

在高负载的CAN网络中，某些CAN节点MCU性能低，无法处理总线上的所有的数据，导致自己需要的数据无法收到，出现这种情况只能过滤掉不需要的数据。CAN 网桥具有硬件执行验收过滤的能力，每个CAN通道支持设置64组标准帧单ID/标准帧组ID/扩展帧单ID/扩展帧组ID的过滤配置，可有效过滤无需数据，这样能够最大程度上减小网络负载。

图3 滤波功能

ID转化功能使用的是CANFDBridge的帧映射功能，单路最大可设置64条。例如在电池检测行业，每组电池控制器使用相同的帧ID，无法安装在同一个网络整体测试，此时可以使用帧映射功能实现多组电池的检测。除此之外，数据部分也可进行转换，如图4所示。

图4 ID与数据转换映射功能

安全保障技能3——波特率转化

在一个复杂的工程中往往会用到多种类型的CAN设备，他们来自不同公司不同的设计方案，可能使用不同的波特率却不支持修改。图5中所示，很显然这些设备不能直接挂载到同一CAN网络中，此时可通过CANFDBridge实现不同设备的波特率匹配及互相通信。此外，CANFDBridge支持自定义波特率配置，能轻松应对各种特殊设备。如何有效进行CAN-bus总线的安全保障？

图5 波特率转化功能

安全保障技能4——延长通信距离

大家都知道，波特率越大传输距离就越短，但在实际应用中经常会遇到超出传输距离导致CAN报文丢帧的现象，如图6所示，网络波特率是1Mbps，当总线超过40m，CAN 报文会丢帧，伴随着通信距离越长，网络丢帧现象越严重，因此整个网络数据传输受到CAN 总线通信距离的限制。针对此情况可使用CANFDBridge，来延长总线通信距离。

图6 总线延长功能

CAN网桥对于两端总线不兼容、总线干扰大、负载率高、通信距离不够、波特率不匹配等导致CAN-bus网络故障的“敌人”毫不留情，试问如此可靠的“保镖”又有谁能不爱呢？

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