在現代汽車電子控制單元（ECU）的設計中，控制器局域網（CAN）作為車載網絡的主要通信協議，扮演著至關重要的角色。為了滿足日益復雜的車輛控制系統需求，許多ECU采用了雙路CAN設計，其中一路（如CAN1）用于ECU之間的信息交互，另一路（如CAN2）則專注于診斷和標定功能。本文將深入分析一個具體的ECU雙路CAN（CAN FD）系統配置，重點討論其設計原則、實現方法及診斷策略，確保系統的高效運行和可維護性。

一、系統概述 1.1 CAN與CAN FD簡介

CAN（Controller Area Network）是一種串行通信協議，廣泛應用于汽車工業中，以實現不同ECU之間的數據交換。傳統的CAN標準（ISO 11898-1）支持最高1Mbps的波特率，主要分為標準幀（11位ID）和擴展幀（29位ID）兩種格式。隨著汽車電子系統對數據傳輸速率和帶寬需求的增加，CAN FD（Flexible Data-Rate）應運而生，它在保留原有CAN協議的基礎上，提高了數據段的波特率，允許更長的數據字段傳輸，從而顯著提升了網絡性能。

source：the software Car: Building ICT Architectures for Future Electric Vehicles

1.2 雙路CAN配置

• CAN1：主要用于ECU之間的實時信息交互，如發動機參數、車速、制動狀態等關鍵信息的傳遞。它依據預先定義的CAN通訊矩陣或數據庫文件（DBC）進行開發，確保各ECU間能夠準確無誤地交換數據。

• CAN2：專用于診斷和標定功能，便于開發人員在車輛研發、生產及后期維護過程中對ECU進行參數調整、故障診斷和性能監測。

• 仲裁段波特率：500Kbps，用于傳輸仲裁信息，包括幀ID和RTR（遠程傳輸請求）位，確保在網絡負載較高時能夠快速確定發送優先級。

• 數據段波特率：2Mbps，用于傳輸實際數據，提高數據傳輸效率，適應大數據量傳輸需求。

• 采樣點：均設置為80%，即在每個位時間的80%位置進行采樣，以優化信號同步和減少誤碼率。

• 標準幀：適用于簡單的通信需求，ID長度為11位。

• 擴展幀：用于更復雜的通信場景，ID長度為29位，提供了更豐富的尋址空間。

CAN1的開發需嚴格遵循已提供的CAN通訊矩陣或DBC文件，這些文件詳細定義了每條報文的ID、發送周期、數據長度、數據含義及發送/接收節點等信息。開發過程中，需確保：

• 報文定義一致性：所有ECU對相同ID的報文應有統一的理解和處理邏輯。

• 時間同步：通過周期性發送時間同步報文，確保網絡中各ECU的時間基準一致，便于事件記錄和分析。

• 錯誤處理：設計合理的錯誤處理機制，如重發策略、錯誤計數及故障指示，以提高系統的魯棒性。

  
  

  source：CANFD an introduction, from Vector

• 特定幀報文喚醒：允許ECU在接收到特定ID的報文后從低功耗模式喚醒，進入正常工作狀態。這要求ECU具備幀ID過濾和喚醒邏輯，確保僅對有效喚醒幀響應。

• 局部網絡喚醒：在網絡中部分ECU處于休眠狀態時，通過特定報文喚醒指定區域的ECU，以減少整體網絡功耗。實現這一功能需合理規劃網絡分區和喚醒策略，確保系統響應速度與能耗之間的平衡。

  
  

  source：CAN_E: Data Frame (vector.com)

CAN2作為診斷通道，支持以下主要功能：

• 故障碼讀取與清除：通過特定診斷報文，ECU可以報告內部檢測到的故障碼，并允許清除已解決的故障碼。

• 實時數據監控：診斷工具可通過CAN2實時請求并獲取ECU的運行數據，用于性能分析和故障診斷。

• 遠程編程與配置：支持對ECU軟件進行遠程更新或配置參數調整，以適應不同的車輛配置或優化性能。

標定是車輛開發過程中不可或缺的一環，通過CAN2可實現：

• 參數調整：允許標定工程師在線調整ECU內部參數，如控制算法中的閾值、增益等，以優化系統性能。

• 數據記錄：ECU可通過CAN2將關鍵運行數據記錄并發送到外部存儲設備，便于后續分析和優化。

• 自動化測試：結合自動化測試設備，通過CAN2執行預設的測試腳本，驗證ECU在不同條件下的表現。

• 模塊化設計：將CAN1和CAN2的通信功能模塊化，便于獨立開發和測試。

• 接口統一：確保ECU內部各模塊間通過統一的接口進行通信，簡化系統集成。

• 資源分配：合理分配ECU資源，如內存、處理器時間等，確保雙路CAN同時運行時不會相互影響。

• 功能測試：分別測試CAN1和CAN2的各項功能，確保符合設計要求。

• 兼容性測試：驗證ECU在不同CAN網絡配置下的兼容性，包括波特率、幀格式等。

• 性能測試：評估系統在高負載下的響應時間、錯誤率等關鍵指標。

• 耐久性測試：通過長時間運行測試，驗證系統的穩定性和可靠性。

采用雙路CAN（CAN1與CAN2）設計的ECU，不僅提高了車輛控制系統的靈活性和可靠性，還極大地便利了診斷和標定工作。通過合理配置CAN FD參數、嚴格遵循通訊矩陣/DBC進行開發，以及實施全面的系統集成與測試策略，可以確保ECU在網絡通信、故障診斷、參數標定等方面均表現出色，滿足現代汽車電子系統的高要求。未來，隨著汽車智能化、網聯化的不斷發展，雙路CAN設計將在汽車電子領域發揮更加重要的作用。