汽车电子常见总线协议初级知识整理一览

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前言

在此之前，汽车电子一般以CAN总线和LIN总线为主。然而，现在UART、I2C、以太网总线应用也越来越多了。SPI总线也用于SoC和MCU之间的点对点通信了。今天，简单盘点一下I2C、SPI、UART、CAN/CANFD、LIN、SENT常见的汽车电子6类总线的时序，帧结构等等重要信息。

I2C

参考链接：

https://blog.csdn.net/m0_38012497/article/details/132661970

基础通信协议之 IIC (I2C) 详细讲解_i2c通信的详细讲解-CSDN博客

2线制：分别是SDA数据线和SCL时钟线

数据采样：SCL处于高电平时开始采样。



数据传输采用主-从模式。一般是一主多从。

一般无冲突，主机控制设备使能和时序。

一次数据传输从START开始到STOP结束。

典型的时序如下：

8Bit数据+1Bit的ACK，组成一个Data传输。多个Data传输组成一次数据传输。

第一次Data传输为7Bit的地址+1Bit的读写标志位，其余数据传输为正常的payload传输。

示意时序图如下所示：



读数据示例时序：

START+地址DATA时序+Data时序+STOP（第一次告知从机，读从机哪个寄存器值）+ START+地址DATA时序+Data时序+STOP（第二次从从机获取寄存器数据）。实际主机操作了两次I2C总线。



典型速率：



UART

嵌入式软件必备知识点--通讯协议 - 知乎 (zhihu.com)

https://zhuanlan.zhihu.com/p/667758406

2线制：1根TX，1根RX。无时钟线。一般是TTL电平。

数据采样：16倍的速率进行采样，取中间点为采样点。发现下降沿开始采样。

数据传输采用点对点通信模式。

数据帧格式：1Bit起始位+5-8 Bit数据位+0-1Bit校验位+1-2Bit停止位。

典型的数据帧：1Bit起始位+7Bit数据位+1Bit奇偶校验位+1Bit结束位。

起始位：逻辑“0”，空闲位：逻“1”即高电平。

时序示意图如下所示：



典型速率范围：1200 bps到115200 bps。

LIN

LIN总线概述（一）LIN协议规范-CSDN博客

https://blog.csdn.net/Liu_eight_nine/article/details/134423097

LIN协议的那些事【入门以及配置】_lin协议的主从-CSDN博客

https://blog.csdn.net/weixin_43673603/article/details/137203835

单线制：一根12V的总线，当做数据线，没有时钟线。但是芯片需要两个PIN脚，即芯片需要两个脚，一个脚为TX，另外一个脚为RX，这两个脚必须和UART的驱动兼容。因此，LIN的底层驱动就是UART驱动。

数据采样：同UART。

数据传输采用主-从模式，一主多从，通过协议地址指定从机。

一般无冲突，主机控制时序和设备使能。

帧格式：有帧头+响应两部分组成。实际情况是LIN按照单字节方式发送数据，每一个字节按照UART的1Bit起始位+8Bit数据+1Bit结束位格式发送单字节发送。

帧头由：间隔场（不符合UART规范格式，至少连续11个显性电平）+同步场（数据为0x55的UART帧）+标识符场（6个Bit的ID+2Bit的校验组成一个字节的数据的UART帧）三部分组成。







校验的计算方法如下：



响应部分由0-8个字节的数据组成，每一个字节按照UART帧格式发送。

需要特别注意，响应部分有如下2种情况：

1.主机发送-主机响应

2.主机发送-从机响应

数据段帧如下所示：



如果一帧8字节的LIN数据，ID为0x01,则需要发送1次UART（同步场）+ 1次UART（标识符）+ 8次UART（8字节数据），总计10次UART帧+额外需要发送一次非标准UART帧（间隔场）。

传输速率：一般是125K，250K。

CAN/CANFD

一文读懂CAN总线协议 (超详细配34张高清图)_can总线协议详解-CSDN博客

https://blog.csdn.net/qq_35057766/article/details/135580884

两线制：CAN_H和CAN_L组成一对差分电路。

数据采样：计算采样点的方式，一般是80%采样点或者75%采样点，即一个Bit占据电平的80%/75%的时间点采样。



数据传输采样多主广播模式，冲突解决采用非破坏性冲突仲裁形式解决，低优先级的帧退出发送。

帧格式如下所示：

一般情况下， CAN只关心数据帧，其他帧不关心。需要特别注意：正常情况下，如果总线上出现连续5个同0或者同1的帧，则插入一个相反的bit，也就是说正常情况下，总线上不会出现连续6个同0或者同1的数据流。





传输速率：CAN：一般500K，CANFD：数据段一般1M或者2M，其他段一般500K。

SPI

SPI总线协议 - 知乎 (zhihu.com)

https://zhuanlan.zhihu.com/p/661245901

3线或者4线制：1根时钟线，1根片选线，1根数据发送线，1根数据接收线。对于3线制情况，缺一根数据线。

数据采样：可配置为时钟的上升沿采样或者下降沿采样。

数据传输按照主-从模式，一般不冲突，主机选择从机进行通信，支持主发从收，主收从发两种模式。

帧传输有4种模式可以选择：

时钟极性为0，时钟相位为0。在时钟的上升沿进行数据采样，下降沿进行数据传输。

时钟极性为0，时钟相位为1。在时钟的下降沿进行数据采样，上升沿进行数据传输。

时钟极性为1，时钟相位为0。在时钟的上升沿进行数据采样，下降沿进行数据传输。

时钟极性为1，时钟相位为1。在时钟的下降沿进行数据采样，上升沿进行数据传输。

传输速率：一般是1M,2M,4M。

SENT

SETN协议介绍&EB工具配置及实现_sent协议-CSDN博客

https://blog.csdn.net/DDM226/article/details/134592735

SENT协议应用笔记 - 知乎 (zhihu.com)

https://zhuanlan.zhihu.com/p/681761475

简单的SENT 协议解析-（1）_sent spc-CSDN博客

https://blog.csdn.net/qq_24661795/article/details/135192476

SENT协议-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)

https://cloud.tencent.com/developer/article/2097030

单线制：一根数据线，按Tick计算节拍。一个Tick一般是3us~10us（两个下降沿之间的时间差）。

数据采样：数Tick的多少得到真实发送的数据值。12个Tick为数据0,13个Tick为数据1,14个Tick为数据2，依次类推，27个Tick为数据15。SENT单个数据段最大为15，即4个Bit，为一个Nibble(半字节)。

数据传输按照点对点模式，传感器发数据，ECU接收。

帧格式：同步段（56 Ticks）+状态及通信段（1个Nibble）+数据段（1~6个Nibble）+CRC校验字段（1个Nibble）+暂停脉冲段（12~768 Ticks）



实际使用时的帧格式：一次数据组成由16个sent帧组成。

第一帧的状态以通信段的BIT3置位，其余15帧不置位。16帧的状态以及通信段的BIT2拼接成数据类型定义（16帧有16个BIT2，其由4-bit的Message ID，8-bit的Data和4-bit的CRC组成）。由状态以及通信段组成的数据就是慢通道数据，D1~6数据段的数据为快通道数据。

传输速率：一个Tick 3~10微秒。