一文了解如何有效进行CAN-bus总线的安全保障？

2021-08-09 15:48

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。

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。