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[11456] 2017-06-14_CAN总线简介：如何以编程方式控制汽车

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2017-06-14_CAN总线简介：如何以编程方式控制汽车 C A N 总 线 简 介 ： 如 何 以 编 程 方 式 控 制 汽 车 c l o u d s   F r e e B u f   2 0 1 7 - 0 6 - 1 4 最 近 ， 我 正 与 最 近 ， 我 正 与 V o y a g e 公 司 公 司 的 朋 友 合 作 研 究 ， 以 实 现 福 特 的 朋 友 合 作 研 究 ， 以 实 现 福 特 F u s i o n 空 调 系 统 （ 空 调 系 统 （ A / C ） 的 编 程 控 制 。 目 前 ， ） 的 编 程 控 制 。 目 前 ， V o y a g e 公 司 正 努 力 打 造 公 司 正 努 力 打 造 自 动 驾 驶 的 终 极 目 标 ： 能 够 以 低 廉 的 价 格 成 本 和 广 泛 的 投 放 范 围 ， 把 世 界 任 何 地 方 有 用 车 需 求 的 人 们 安 全 自 动 地 送 达 目 的 自 动 驾 驶 的 终 极 目 标 ： 能 够 以 低 廉 的 价 格 成 本 和 广 泛 的 投 放 范 围 ， 把 世 界 任 何 地 方 有 用 车 需 求 的 人 们 安 全 自 动 地 送 达 目 的 地 。 对 地 。 对 V o y a g e 来 说 ， 在 真 正 实 现 不 需 司 机 的 无 人 驾 驶 之 后 ， 必 须 给 予 后 座 乘 客 对 车 辆 关 键 功 能 的 访 问 控 制 权 。 来 说 ， 在 真 正 实 现 不 需 司 机 的 无 人 驾 驶 之 后 ， 必 须 给 予 后 座 乘 客 对 车 辆 关 键 功 能 的 访 问 控 制 权 。 V o y a g e   A u t o ： 硅 谷 自 动 自 动 驾 驶 出 租 车 初 创 公 司 ， 由 专 注 机 器 学 习 、 人 工 智 能 等 方 面 的 在 线 培 训 机 构 U d a c i t y 于 2 0 1 7 年 4 月 成 立 ， 在 无 人 驾 驶 领 域 ， V o y a g e 将 与 谷 歌 、 特 斯 拉 、 U b e r 展 开 竞 争 。 目 前 ， V o y a g e 已 完 成 首 轮 种 子 融 资 和 测 试 车 辆 外 观 研 发 。 C A N - B u s 简 介 简 介 C A N - B u s 全 称 为 “ 控 制 器 局 域 网 总 线 技 术 （ C o n t r o l l e r   A r e a   N e t w o r k - B u s ） ” ， 是 I S O 国 际 标 准 化 的 串 行 通 信 协 议 ， 最 早 由 德 国 B O S C H 公 司 1 9 8 3 年 开 发 ， 并 最 终 成 为 国 际 标 准 （ I S O   1 1 8 9 8 ） ， 是 全 球 应 用 最 广 泛 的 现 场 总 线 之 一 。   在 北 美 和 西 欧 ， C A N 总 线 协 议 已 经 成 为 汽 车 计 算 机 控 制 系 统 和 嵌 入 式 工 业 控 制 网 络 的 标 准 协 议 。 现 代 汽 车 拥 有 大 量 控 制 系 统 ， 这 些 控 制 系 统 基 于 w e b 技 术 开 发 并 在 多 种 微 服 务 处 理 中 发 挥 作 用 ， 如 安 全 气 囊 、 刹 车 、 巡 航 控 制 、 电 动 助 力 转 向 、 音 响 系 统 、 电 动 车 窗 、 门 、 后 视 镜 调 整 按 钮 、 电 池 和 充 电 系 统 等 。 这 些 系 统 需 要 相 互 通 信 和 状 态 读 取 ， 因 此 C A N - B u s 协 议 被 开 发 并 派 上 用 场 ， 如 同 为 汽 车 配 置 了 神 经 系 统 。 可 以 把 C A N - B u s 认 为 是 汽 车 用 来 进 行 传 感 器 数 据 传 递 的 简 单 网 络 ， 它 完 美 地 集 成 了 各 种 复 杂 部 件 ， 从 而 在 汽 车 使 用 中 展 示 和 实 现 了 各 种 我 们 所 想 所 愿 的 各 种 新 型 功 能 。 以 下 为 1 9 8 8 年 款 的 宝 马 8 系 ， 这 是 全 球 第 一 台 采 用 C A N 总 线 的 汽 车 ：
自 动 驾 驶 汽 车 与 其 自 动 驾 驶 汽 车 与 其 C A N - B u s 随 着 自 动 驾 驶 技 术 的 的 飞 速 发 展 ， C A N - B u s 的 应 用 概 念 也 变 得 非 常 普 及 。 为 什 么 呢 ？ 因 为 很 多 自 动 驾 驶 公 司 并 不 会 大 规 模 地 从 头 制 造 无 人 汽 车 ， 而 是 把 关 注 点 放 在 编 程 控 制 车 辆 方 面 。 而 通 过 汽 车 C A N - B u s 协 议 的 逆 向 工 程 分 析 ， 无 人 汽 车 工 程 师 可 以 利 用 软 件 方 式 实 现 对 汽 车 的 命 令 发 送 控 制 ， 如 转 向 、 加 速 和 刹 车 等 。 通 过 使 用 类 似 激 光 雷 达 （ L I D A R ） 这 样 的 传 感 器 ， 无 人 汽 车 就 具 备 了 超 凡 的 “ 感 知 ” 世 界 的 能 力 ， 车 内 微 型 P C 可 以 就 引 导 、 加 速 、 刹 车 等 动 作 做 出 决 定 。 因 为 自 动 驾 驶 技 术 的 要 求 非 常 高 ， 因 而 V o y a g e 选 择 了 福 特 F u s i o n 电 传 线 控 方 式 （ d r i v e - b y - w i r e ! ） 来 传 递 汽 车 控 制 讯 号 。 可 以 点 此 阅 读 更 多 内 容 。 破 解 福 特 破 解 福 特 F u s i o n 的 的 C A N - B u s 开 始 破 解 福 特 F u s i o n 温 度 控 制 系 统 时 ， 《 汽 车 黑 客 手 册 》 成 了 我 的 研 究 参 考 首 选 。 在 深 入 之 前 ， 让 我 们 来 看 看 《 汽 车 黑 客 手 册 》 第 2 章 描 述 的 三 个 重 要 概 念 ： 总 线 协 议 、 C A N 总 线 协 议 、 C A N 帧 。 C A N - B u s
C A N 协 议 自 1 9 9 4 年 以 来 就 成 为 了 美 国 汽 车 和 轻 卡 的 一 个 行 业 标 准 ， 但 分 别 在 2 0 0 1 年 和 2 0 0 8 年 才 陆 续 成 为 欧 盟 和 美 国 汽 车 工 业 制 造 的 强 制 性 标 准 。 总 体 来 说 ， C A N - B u s 分 为 一 条 C A N   h i g h   （ C A N H ）   线 和 一 条 C A N   l o w   （ C A N L ） 线 ， 通 过 差 分 信 号 传 输 ， 当 信 号 传 递 进 入 时 ， C A N 在 C A N H 线 中 升 压 信 号 保 持 高 电 平 ， 而 在 C A N L 中 降 压 等 量 信 号 形 成 低 电 平 状 态 。 这 种 差 分 信 号 传 输 方 式 一 般 用 于 对 噪 声 有 容 错 能 力 要 求 的 环 境 ， 如 汽 车 制 动 系 统 和 生 产 制 造 行 业 中 。 以 下 为 示 波 器 中 观 察 到 的 原 始 C A N 信 号 ： 也 就 是 说 ， 通 过 C A N - B u s 传 输 的 数 据 包 不 是 标 准 的 ， 每 个 C A N - B u s 数 据 包 包 括 四 个 主 要 部 分 ： A r b i t r a t i o n   I D   ： 用 于 标 识 发 起 通 信 请 求 的 设 备 I D 广 播 消 息 ， 并 且 任 何 一 个 设 备 组 件 都 能 发 起 多 个 A r b i t r a t i o n   I D ， 如 果 两 个 C A N 数 据 包 同 一 时 间 在 总 线 B u s 内 传 输 ， 则 A r b i t r a t i o n   I D 较 小 的 数 据 包 先 获 得 总 线 使 用 权 ， 先 被 传 输 。 I d e n t i f i e r   e x t e n s i o n （ 标 识 符 扩 展 ， I D E ）   ： 对 标 准 C A N 协 议 来 说 ， 这 个 数 据 位 总 是 为 o ； D a t a   l e n g t h   c o d e   （ 数 据 长 度 代 码 ， D L C ） ：   代 表 数 据 的 大 小 ， 从 0 到 8 字 节 不 等 ； D a t a （ 数 据 ） ：   传 输 数 据 本 身 ， 标 准 C A N 总 线 可 以 承 载 最 大 数 据 包 为 8 字 节 ， 但 有 些 系 统 也 强 制 使 用 8 字 节 进 行 数 据 包 填 充 。 标 准 标 准 C A N 包 格 式 包 格 式 C A N 帧 帧 一 辆 车 内 有 多 种 C A N 总 线 ， 为 了 实 现 A / C 系 统 的 打 开 和 关 闭 ， 我 们 需 要 找 到 正 确 的 C A N 运 行 总 线 ， 以 福 特 F u s i o n 来 说 ， 其 中 至 少 标 记 有 4 个 总 线 ， 其 中 3 个 为 运 行 5 0 0 k b p s 的 高 速 率 C A N 总 线 H S 1 、 H S 2 、 H S 3 ， 1 个 为 运 行 1 2 5 k b p s 的 中 速 C A N 总 线 M S 。 O B D - I I 接 口 具 备 两 种 这 类 型 C A N 总 线 ： H S 1 和 H S 2 ， 但 为 了 以 防 一 些 恶 意 命 令 ， 它 们 都 是 被 阻 断 状 态 的 。 但 在 来 自 V o y a g e 的 A l a n 帮 助 下 ， 我 们 彻 底 把 O B D - I I 这 个 限 制 问 题 翻 转 解 决 了 ， 我 们 发 现 了 直 接 访 问 H S 1 、 H S 2 、 H S 3 和 M S 的 方 式 。 关 键 在 于 O B D - I I 接 口 背
后 ， 一 个 所 有 总 线 汇 总 ， 叫 做 网 关 模 块 （ G a t e w a y   M o d u l e ） 的 部 件 上 。 以 下 为 V o y a g e 第 一 辆 无 人 驾 驶 出 租 车 H o m e r 后 座 控 制 接 口 概 览 ： 由 于 A / C 系 统 可 以 通 过 汽 车 的 媒 体 界 面 （ S Y N C ） 进 行 更 改 ， 所 以 ， 我 们 直 奔 M S 中 速 总 线 而 去 。 但 是 我 们 如 何 才 能 让 电 脑 可 以 读 写 C A N 数 据 包 呢 ？ 答 案 就 是 S o c k e t C A N ， 这 是 一 个 由 大 众 公 司 向 L i n u x 内 核 基 金 会 研 发 的 开 源 C A N 驱 动 和 网 络 栈 协 议 集 。 我 们 可 以 把 车 辆 的 G N D 、 M S C A N H 、 M S C A N L 3 条 线 连 接 到 K v a s e r   L e a f   L i g h t   H S v 2 和 C A N a b l e 设 备 中 ， 然 后 在 另 一 端 ， 使 用 安 装 有 较 新 版 本 L i n u x 内 核 的 电 脑 连 接 ， 把 C A N 总 线 作 为 网 络 设 备 识 别 加 载 ： m o d p r o b e   c a n m o d p r o b e   k v a s e r _ u s b i p   l i n k   s e t   c a n 0   t y p e   c a n   b i t r a t e   1 2 5 0 0 0 0 i f c o n f i g   c a n 0   u p K v a s e r   L e a f   L i g h t   H S v 2 亚 马 逊 售 价 3 0 0 美 金 ， C A N a b l e 在 T i n d i e 售 价 2 5 美 金 ， 以 下 为 中 速 总 线 M S C A N 部 件 图 ：
G N D ： 地 线 ， 公 共 接 地 线 ； M S C A N ： 中 速 总 线 ， 也 称 飞 思 卡 尔 控 制 器 局 域 网 总 线 ， 是 B O S C H 公 司 定 义 的 C A N 2 . 0 和 C A N 3 . 0 协 议 下 的 C A N 总 线 控 制 器 , 是 当 前 汽 车 控 制 器 中 流 行 的 C A N 控 制 框 架 。 M S C A N H 、 M S C A N L 为 其 高 电 平 和 低 电 平 线 。 K v a s e r   L e a f   L i g h t   H S v 2 是 一 个 用 于 C A N 的 单 通 道 U S B 接 口 ， 它 能 够 方 便 地 把 几 个 接 口 连 接 到 标 准 的 P C 机 上 。 加 载 之 后 ， 我 们 可 以 尝 试 使 用 c a n d u m p   c a n 0 命 令 ， 分 析 其 中 的 流 量 情 况 ： c a n 0     3 3 A       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     4 1 5       [ 8 ]     0 0   0 0   C 4   F B   0 F   F E   0 F   F E c a n 0     3 4 6       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 3   0 3   0 0   C 0   0 0 c a n 0     3 4 8       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     1 6 7       [ 8 ]     7 2   7 F   F F   1 0   0 0   1 9   F 8   0 0 c a n 0     3 E 0       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   8 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     1 6 7       [ 8 ]     7 2   7 F   F F   1 0   0 0   1 9   F 7   0 0 c a n 0     3 4 E       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     3 5 8       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     3 A 4       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     2 1 6       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   8 2   0 0   0 0   0 0 c a n 0     3 A C       [ 8 ]     F F   F F   F F   F F   F F   F F   F F   F F c a n 0     4 1 5       [ 8 ]     0 0   0 0   C 8   F A   0 F   F E   0 F   F E c a n 0     0 8 3       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 1   7 E   F 4 c a n 0     2 F D       [ 8 ]     D 4   0 0   E 3   C 1   0 8   5 2   0 0   0 0 c a n 0     3 B C       [ 8 ]     0 C   0 0   0 8   9 6   0 1   B B   2 7   0 0 c a n 0     1 6 7       [ 8 ]     7 2   7 F   F F   1 0   0 0   1 9   F 7   0 0 c a n 0     3 B E       [ 8 ]     0 0   2 0   A E   E C   D 2   0 3   5 4   0 0 c a n 0     3 3 3       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     4 2 A       [ 8 ]     D 6   5 B   7 0   E 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     4 2 C       [ 8 ]     0 5   5 1   5 4   0 0   9 0   4 6   A 4   0 0 c a n 0     3 3 B       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     4 2 E       [ 8 ]     9 3   0 0   0 0   E 1   7 8   0 3   C D   4 0 c a n 0     4 2 F       [ 8 ]     7 D   0 4   0 0   2 E   6 6   0 4   0 1   7 7 c a n 0     1 6 7       [ 8 ]     7 2   7 F   F F   1 0   0 0   1 9   F 7   0 0 c a n 0     3 E 7       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     2 1 6       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   8 2   0 0   0 0   0 0 c a n 0     4 1 5       [ 8 ]     0 0   0 0   C C   F 9   0 F   F E   0 F   F E c a n 0     3 A 5       [ 8 ]     0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 c a n 0     3 A D       [ 8 ]     F F   F F   F F   F F   F F   F F   F F   F F c a n 0     5 0 B       [ 8 ]     1 E   1 2   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0 但 是 ， 这 相 当 于 观 察 声 音 信 号 振 幅 一 样 ， 很 难 从 中 发 现 动 作 和 行 为 模 式 。 在 此 ， 我 们 需 要 使 用 工 具 c a n s n i f f e r 对 频 率 进 行 等 效 化 分 析 ， c a n s n i f f e r 显 示 的 一 串 数 据 包 I D 号 ， 可 以 帮 助 我 们 在 C A N 帧 数 据 区 变 化 时 进 行 准 确 定 位 。 有 了 这 个 功 能 ， 我 们 就 能 分 辨 出 哪 些 数 据 包 是 应 该 丢 弃 的 ， 而 哪 些 又 是 与 我 们 问 题 相 关 的 。
C A N S n i f f e r ： 一 款 收 发 C A N 格 式 数 据 包 的 分 析 软 件 , 通 过 串 口 与 外 部 设 备 交 互 ， 用 于 分 析 串 口 数 据 包 。 以 下 是 c a n s n i f f e r 在 M S 中 速 总 线 的 抓 包 示 例 ， 我 们 正 在 对 所 有 通 过 串 口 的 数 据 包 进 行 过 滤 ， 只 需 要 C A N   i d 为 为 3 5 5 、 、 3 5 6 和 和 3 5 8 的 数 据 包 。 同 时 ， 通 过 按 下 汽 车 空 气 调 节 按 钮 后 观 察 数 据 包 变 化 情 况 ， 发 现 0 0 1 C 0 0 0 0 0 0 0 0 代 表 了 该 按 钮 的 开 关 作 用 。 控 制 汽 车 空 调 系 统 （ 控 制 汽 车 空 调 系 统 （ A / C 系 统 ） 系 统 ） 接 下 来 就 是 把 A / C 系 统 功 能 连 接 到 我 们 运 行 于 汽 车 内 的 微 型 P C ， 该 P C 为 机 器 人 操 作 系 统 （ R O S ） ， 而 幸 运 的 是 ， 利 用 前 述 提 及 的 S o c k e t C A N 和 R O S 中 的 一 个 模 块 ， 就 能 很 容 易 实 现 连 接 和 操 作 。 而 且 用 s o c k e t c a n _ b r i d g e 方 式 可 以 将 我 们 的 C A N 数 据 帧 转 换 成 R O S 可 接 收 的 消 息 格 式 。 完 美 ！ 以 下 就 是 A / C 系 统 功 能 数 据 包 解 码 方 式 的 一 个 示 例 ： i f   f r a m e . i d   = =   0 × 3 5 6 : r a w _ d a t a   =   u n p a c k ( ‘ B B B B B B B B ’ ,   f r a m e . d a t a ) f a n _ s p e e d   =   r a w _ d a t a [ 1 ]   /   4 d r i v e r _ t e m p   =   p a r s e _ t e m p e r a t u r e ( r a w _ d a t a [ 2 : 4 ] ) p a s s e n g e r _ t e m p   =   p a r s e _ t e m p e r a t u r e ( r a w _ d a t a [ 4 : 6 ] ) 由 此 生 成 的 数 据 被 存 储 在 名 为 C e l s i u s R e p o r t . m s g 的 文 件 中 ： b o o l   a u t o b o o l   s y s t e m _ o n b o o l   u n i t _ o n b o o l   d u a l
b o o l   m a x _ c o o l b o o l   m a x _ d e f r o s t b o o l   r e c i r c u l a t i o n b o o l   h e a d _ f a n b o o l   f e e t _ f a n b o o l   f r o n t _ d e f r o s t b o o l   r e a r _ d e f r o s t s t r i n g   d r i v e r _ t e m p s t r i n g   p a s s e n g e r _ t e m p 在 按 下 汽 车 A / C 系 统 相 关 功 能 的 按 钮 之 后 ， 我 们 将 得 到 以 下 这 个 对 应 的 代 码 清 单 ： C O N T R O L _ C O D E S   =   { ‘ a c _ t o g g l e ’ :   0 x 5 C , ‘ a c _ u n i t _ t o g g l e ’ :   0 × 1 4 , ‘ m a x _ a c _ t o g g l e ’ :   0 × 3 8 , ‘ r e c i r c u l a t i o n _ t o g g l e ’ :   0 x 3 C , ‘ d u a l _ t e m p e r a t u r e _ t o g g l e ’ :   0 × 1 8 , ‘ p a s s e n g e r _ t e m p _ u p ’ :   0 × 2 4 , ‘ p a s s e n g e r _ t e m p _ d o w n ’ :   0 × 2 8 , ‘ d r i v e r _ t e m p _ u p ’ :   0 x 1 C , ‘ d r i v e r _ t e m p _ d o w n ’ :   0 × 2 0 , ‘ a u t o ’ :   0 × 3 4 , ‘ w h e e l _ h e a t _ t o g g l e ’ :   0 × 7 8 , ‘ d e f r o s t _ m a x _ t o g g l e ’ :   0 × 6 4 , ‘ d e f r o s t _ t o g g l e ’ :   0 x 4 C , ‘ r e a r _ d e f r o s t _ t o g g l e ’ :   0 × 5 8 , ‘ b o d y _ f a n _ t o g g l e ’ :   0 × 0 4 , ‘ f e e t _ f a n _ t o g g l e ’ :   0 x 0 C , ‘ f a n _ u p ’ :   0 x 2 C , ‘ f a n _ d o w n ’ :   0 × 3 0 , } 现 在 ， 我 们 就 可 以 直 接 将 以 上 字 符 串 对 应 的 数 据 代 码 发 往 R O S 节 点 ， 由 它 将 这 些 数 据 信 息 转 换 成 汽 车 可 以 识 别 的 特 殊 代 码 ： r o s t o p i c   p u b   / c e l s i u s _ c o n t r o l   c e l s i u s / C e l s i u s C o n t r o l   a c _ t o g g l e 研 究 结 果 研 究 结 果 好 了 ， 我 们 可 以 向 C A N 总 线 发 送 相 应 的 C A N 代 码 了 ， 这 种 代 码 控 制 方 式 与 我 们 调 节 汽 车 空 调 A / C 系 统 的 外 置 按 钮 是 一 样 的 效 果 。 这 也 意 味 着 ， 在 无 人 驾 驶 汽 车 的 后 座 ， 我 们 可 以 实 现 以 手 机 A P P 方 式 远 程 控 制 改 变 汽 车 的 车 内 温 度 了 。 成 功 了 ！
* 参 考 来 源 ： v o y a g e ， f r e e b u f 小 编 c l o u d s 编 译 ， 转 载 请 注 明 来 自 F r e e B u f . C O M 阅 读 原 文
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