CAN現(xiàn)場(chǎng)總線講解課件

第四講CAN現(xiàn)場(chǎng)總線第四講CAN現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork）是控制器局域網(wǎng)

CAN是由德國(guó)Bosch公司專門為汽車監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的，逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)控制。CAN已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaCanbus的由來(lái)由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對(duì)更多的汽車運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個(gè)發(fā)展到幾十個(gè)以至于上百個(gè)控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來(lái)越密集。為此德國(guó)BOSCH公司開發(fā)了一種設(shè)計(jì)先進(jìn)的解決方案－CAN數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)來(lái)為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Canbus的由來(lái)Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提高到500Kbit/m。2002年，大眾集團(tuán)在新PQ24平臺(tái)上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團(tuán)在新PQ35平臺(tái)上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適CAN-Bus是ControllerAreaNetwork的縮寫，稱為控制單元的局域網(wǎng)，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。車上的布線空間有限，CAN-Bus系統(tǒng)的控制單元連接方式采用銅纜串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。也就是說(shuō)每個(gè)控制單元不指定接收者，把所有的信息都往外發(fā)送；由接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理：一家發(fā)送，大家接收CAN-Bus是ControllerAreCAN的主要特性

（1）傳輸速率最高1Mbps/40m，距離最遠(yuǎn)10km/5kbps。 （2）節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)110個(gè)（取決于驅(qū)動(dòng)電路），傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸或光纖。 （3）通信方式，CAN采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種數(shù)據(jù)收發(fā)方式。 （4）CAN可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，并且無(wú)主、從機(jī)之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報(bào)文，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。 （5）CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)有沖突時(shí)，自動(dòng)按優(yōu)先級(jí)次序發(fā)送。 （6）信號(hào)傳輸用短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)），實(shí)時(shí)性好，受干擾的概率低，且具有極好的檢錯(cuò)效果； （7）具有可靠的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制（CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)）。

（8）節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉功能（在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)）。 （9）CAN器件豐富，有帶CAN的單片機(jī)（82C200）、CAN控制器(SJA1000)、收發(fā)器(TJA1050)、CANI/O器件(82C150)等。(10)ISO11898CAN高速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的的最高速率為1Mbit/s，ISO11519CAN低速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的最高速率為125Kbit/s。CAN的主要特性 （1）傳輸速率最高1Mbps/40m，距CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信方式一般都采用BITBUS和RS485，其缺點(diǎn)是：無(wú)法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)，主節(jié)點(diǎn)任務(wù)繁忙，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障就可能引起系統(tǒng)癱瘓；數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)式，數(shù)據(jù)傳輸效率降低，同時(shí)當(dāng)下端出現(xiàn)異常時(shí)，數(shù)據(jù)不能立即上傳，靈活性極差，不適于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合；物理層采用較陳舊的RS485規(guī)范，鏈路層為SDLC(同步數(shù)據(jù)鏈路控制,SynchronousDataLinkControl)協(xié)議，總體來(lái)講效率較低，靈活性差，尤其是錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)。CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信方式一般都采用CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)與上述通信方式相比，CAN具有以下特點(diǎn)：采用通訊數(shù)據(jù)塊編碼，可實(shí)現(xiàn)多主工作方式，數(shù)據(jù)收發(fā)方式靈活，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式；可將DCS結(jié)構(gòu)中主機(jī)的常規(guī)測(cè)試與控制功能分散到各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)控制器把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN適配器發(fā)送到總線，或者向總線申請(qǐng)數(shù)據(jù)，主機(jī)便從原來(lái)繁重的底層設(shè)備監(jiān)控任務(wù)中解放出來(lái)，進(jìn)行更高層次的控制和管理功能，比如故障診斷、優(yōu)化協(xié)調(diào)等；采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)，具有暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離功能，使系統(tǒng)其它節(jié)點(diǎn)的通信不受影響；同時(shí)CAN具有出錯(cuò)幀自動(dòng)重發(fā)功能，可靠性高；信號(hào)傳輸用短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)），實(shí)時(shí)性好，受干擾的概率低，且具有極好的檢錯(cuò)效果；CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)與上述通信方式相比，CAN具有以下特點(diǎn)：4.不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性；5.采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使各設(shè)備之間具有較好的互操作性和互換性，系統(tǒng)的通用性好；6.通訊介質(zhì)可采用雙絞線，無(wú)特殊要求；現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好?？傊?，CAN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互操作性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的工業(yè)總線的缺陷，是工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信一種有效的解決方案。4.不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。4.1CAN技術(shù)規(guī)范CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能4.1CAN的技術(shù)規(guī)范制定技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性。為達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性，CAN被細(xì)分為以下不同的層次：

CAN對(duì)象層（TheObjectLayer）

CAN傳輸層（TheTransferLayer）物理層（ThePhysicalLayer）對(duì)象層和傳輸層包括所有由ISO/OSI模型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)和功能.對(duì)象層的作用范圍包括：查找被發(fā)送的報(bào)文確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個(gè)報(bào)文為應(yīng)用層相關(guān)硬件提供接口傳輸層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)，執(zhí)行仲裁，錯(cuò)誤檢測(cè)，出錯(cuò)標(biāo)定，故障界定。物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位信息的實(shí)際傳輸.4.1CAN的技術(shù)規(guī)范制定技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩CAN的高層協(xié)議

CAN的高層協(xié)議（也可理解為應(yīng)用層協(xié)議）是一種在現(xiàn)有的底層協(xié)議（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）之上實(shí)現(xiàn)的協(xié)議。高層協(xié)議是在CAN規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用層。許多系統(tǒng)（像汽車工業(yè)）中，可以特別制定一個(gè)合適的應(yīng)用層，但對(duì)于許多的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，以使系統(tǒng)的綜合應(yīng)用變得十分容易。一些可使用的CAN高層協(xié)議有：

制定組織主要高層協(xié)議

CiACAL協(xié)議

CiACANOpen協(xié)議

ODVADeviceNet協(xié)議

HoneywellSDS協(xié)議

KvaserCANKingdom協(xié)議CAN的高層協(xié)議

4.1.1CAN的基本概念報(bào)文

總線上的信息以不同格式的報(bào)文發(fā)送，但長(zhǎng)度有限制。

信息路由

在CAN系統(tǒng)中，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息（如站地址）。

位速度

CAN的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一的并且是固定的。

優(yōu)先權(quán)

在總線訪問(wèn)期間，標(biāo)識(shí)符定義了一個(gè)報(bào)文靜態(tài)的優(yōu)先權(quán)。

4.1.1CAN的基本概念報(bào)文4.1.1CAN的基本概念

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求

通過(guò)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀與對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程幀以相同標(biāo)識(shí)符ID命名。

多主站

任意站點(diǎn)均可主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)主從之分

仲裁

當(dāng)總線開放時(shí)，任何單元均可開始發(fā)送報(bào)文，若同時(shí)有兩個(gè)或更多的單元開始發(fā)送，總線訪問(wèn)沖突運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助標(biāo)識(shí)符ID解決。4.1.1CAN的基本概念遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求4.1.1CAN的基本概念

故障界定

CAN節(jié)點(diǎn)有能力識(shí)別永久性故障和短暫擾動(dòng)，可自動(dòng)關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)。

連接

CAN串行通信鏈路是一條眾多但愿均可被連接的總線。

單通道

由單一進(jìn)行雙向位傳送的通道組成的總線，借助數(shù)據(jù)重同步實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

總線數(shù)值表示

總線上具有兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值：顯性電平和隱性電平。

應(yīng)答

所有接收器均對(duì)接收?qǐng)?bào)文的相應(yīng)性進(jìn)行檢查，應(yīng)答一個(gè)相容報(bào)文，并標(biāo)注一個(gè)不相容報(bào)文。4.1.1CAN的基本概念故障界定4.1.2CAN的分層結(jié)構(gòu)CAN遵從OSI模型，按照OSI標(biāo)準(zhǔn)模型CAN劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。數(shù)據(jù)鏈路層又包括：邏輯鏈路控制子層LLC，媒體訪問(wèn)控制子層MAC。CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能如右圖：

LLC子層的主要功能是為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報(bào)文實(shí)際已被接收并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。MAC子層接收的報(bào)文主要是傳送規(guī)則亦即控制幀結(jié)構(gòu)，執(zhí)行仲裁，錯(cuò)誤檢測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性在不同節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際傳送。數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路子層LLC接收濾波超載通知恢復(fù)管理媒體訪問(wèn)控制子層MAC數(shù)據(jù)封裝/拆裝幀編碼（填充/解除填充）媒體訪問(wèn)管理錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定應(yīng)答串行化/解除串行化物理層位編碼/解碼位定時(shí)同步（驅(qū)動(dòng)器/接收器特性）故障界定總線故障管理監(jiān)控器圖4-1CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能4.1.2CAN的分層結(jié)構(gòu)CAN遵從OSI模型，按照OS4.1.3報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。構(gòu)成一幀的幀起始，仲裁場(chǎng)，控制場(chǎng)，數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送地位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀地其余位場(chǎng)采用固定格式，不進(jìn)行填充，出錯(cuò)幀和超載幀同樣時(shí)固定格式，也不進(jìn)行位填充。位填充的方法如右圖4－2所示。報(bào)文中的位流按照非歸零（NRZ）碼方法編碼報(bào)文發(fā)送由4種不同類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，出錯(cuò)幀，超載幀。未填充位流

100000xyz011111xyz填充位流

1000001xyz0111110xyz其中：xyz∈{0,1}

圖4-2位填充4.1.3報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的1.數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可為0。CAN2.0A數(shù)據(jù)幀的組成如圖4-3所示。在CAN2.0B存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，具有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識(shí)符的幀稱為擴(kuò)展幀。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖4-4所示.幀間空間或超載幀幀間空間圖4-3數(shù)據(jù)幀組成幀起始ACK場(chǎng)幀結(jié)束仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC場(chǎng)數(shù)據(jù)幀1.數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)格式仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)11位標(biāo)識(shí)符DLCSOFRTRIDEr0幀間空間11位標(biāo)識(shí)符18位標(biāo)識(shí)符DLC仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)SOFIDERTRr0r1SRR圖4-4標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)格式仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)111.數(shù)據(jù)幀幀起始（SOF）標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，它僅由一個(gè)顯性位構(gòu)成。仲裁場(chǎng)由標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（RTR）組成。仲裁場(chǎng)如圖4-5所示。控制場(chǎng)由6位組成，如圖4-6所示數(shù)據(jù)場(chǎng)由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括0～8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位。首先發(fā)送的是最高有效位?？刂茍?chǎng)幀間空間仲裁場(chǎng)幀起始標(biāo)識(shí)符RTR位圖4-5仲裁場(chǎng)組成數(shù)據(jù)場(chǎng)或CRC場(chǎng)仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼保留位r1r0DLC3DLC2DLC1DLC0圖4-6控制場(chǎng)組成1.數(shù)據(jù)幀幀起始（SOF）控制場(chǎng)幀間空間仲裁場(chǎng)幀起始標(biāo)識(shí)符R1.數(shù)據(jù)幀CRC場(chǎng)包括CRC序列，后隨CRC界定符。CRC界定符是一個(gè)單獨(dú)的“隱性”位。為進(jìn)行CRC計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無(wú)填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)。

CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。應(yīng)答場(chǎng)位兩位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，如圖4-8所示.幀結(jié)束每個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均可由7個(gè)隱性位組成的標(biāo)志序列界定。CRC序列CRC場(chǎng)CRC界定符ACK場(chǎng)圖4-7CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu)CRC場(chǎng)ACK場(chǎng)幀結(jié)束ACK間隙ACK界定符圖4-8應(yīng)答場(chǎng)組成1.數(shù)據(jù)幀CRC場(chǎng)CRC序列CRC場(chǎng)CRC界定符ACK場(chǎng)圖42.遠(yuǎn)程幀激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以通過(guò)傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀初始化各源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同分位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。它沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里0...8的任何數(shù)值）。RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是一數(shù)據(jù)幀（RTR位“顯性”）還是一遠(yuǎn)程幀（RTR“隱性”）。幀間空間遠(yuǎn)程幀幀間空間幀起始仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)CRC場(chǎng)ACK場(chǎng)幀結(jié)束或超載幀圖4-9遠(yuǎn)程幀組成2.遠(yuǎn)程幀激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以通過(guò)傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀初始化各3.出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)由來(lái)自各幀的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，后隨的第二個(gè)場(chǎng)是出錯(cuò)界定符。出錯(cuò)幀的組成如圖4-10所示數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)幀錯(cuò)誤標(biāo)志錯(cuò)誤標(biāo)志疊加錯(cuò)誤界定符幀間空間或超載幀圖4-10出錯(cuò)幀組成3.出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)由來(lái)自各幀的錯(cuò)誤標(biāo)志4.超載幀超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：超載標(biāo)志和超載界定符，如圖4-11所示幀結(jié)束或超載幀超載標(biāo)志超載標(biāo)志疊加超載界定符幀間空間或超載幀圖4-11超載幀組成超載界定符錯(cuò)誤界定符4.超載幀超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：幀結(jié)束或超載幀超載標(biāo)志超載標(biāo)志5.幀間空間幀結(jié)束幀間空間間歇場(chǎng)總線空閑幀圖4-12非“錯(cuò)誤認(rèn)可”幀間空間5.幀間空間幀結(jié)束幀間空間間歇場(chǎng)總線空閑幀圖4-12非數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)處理流程數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)處理流程標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁過(guò)程4.1.4錯(cuò)誤類型和界定1.錯(cuò)誤類型

CANBUS有五種錯(cuò)誤類型。位錯(cuò)誤填充錯(cuò)誤CRC錯(cuò)誤形式錯(cuò)誤應(yīng)答錯(cuò)誤錯(cuò)誤界定4.1.4錯(cuò)誤類型和界定1.錯(cuò)誤類型設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念正常位速率為在非重同步情況下，借助理想發(fā)送器每秒發(fā)出的位數(shù)。正常位時(shí)間即正常位速率的倒數(shù)。正常位時(shí)間可分為幾個(gè)互不重疊的時(shí)間段。包括：同步段，傳播段，相位緩沖段1和相位緩沖段2。如圖4-14所示。同步段傳播段相位緩沖段1相位緩沖段24個(gè)時(shí)間份額4個(gè)時(shí)間份額一位時(shí)間（10個(gè)時(shí)間份額）1個(gè)時(shí)間份額1個(gè)時(shí)間份額采樣點(diǎn)圖4-14位時(shí)間各組成部分4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念正常位速率同步段傳播段相4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步段

用于同步總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要有一個(gè)跳變沿。傳播段

用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間。相位緩沖段1和相位緩沖段2

補(bǔ)償沿的相位誤差。采樣點(diǎn)仲裁電平被讀點(diǎn)，位于相位緩沖段1的終點(diǎn)。信息處理時(shí)間用于計(jì)算子序列位電平的時(shí)間。4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步段4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念時(shí)間份額由振蕩器周期派生出的一個(gè)固定時(shí)間單元。 時(shí)間份額可為：時(shí)間份額＝m×最小時(shí)間份額其中m為分度值正常位時(shí)間中各時(shí)間段長(zhǎng)度數(shù)值為：SYNC-SEG為一個(gè)時(shí)間份額；PHASE-SEG1可編程為1～8各時(shí)間份額；PHASE-SEG2長(zhǎng)度為PHASE-SEG1和信息處理時(shí)間的最大值；信息處理時(shí)間長(zhǎng)度小于或等于2個(gè)時(shí)間份額。在位時(shí)間中，時(shí)間份額的總數(shù)必須被編程為至少8～25。硬同步硬同步后，內(nèi)部位時(shí)間從SYNC-SEG重新開始。4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念時(shí)間份額4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念重同步跳轉(zhuǎn)寬度由于重同步的結(jié)果，PHASE-SEG1可被延長(zhǎng)或PHASE-SEG1可被縮短。這兩個(gè)相位緩沖段的延長(zhǎng)或縮短的總和上限由重同步跳轉(zhuǎn)寬度給定，可編程為1和4之間。沿相位誤差由沿相對(duì)與SYNC-SEG的位置給定，以時(shí)間份額度量。重同步4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念重同步跳轉(zhuǎn)寬度4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步規(guī)則硬同步和重同步是同步的兩種形式，遵從下列規(guī)則：在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)僅允許一種同步。只要在先前采樣點(diǎn)上監(jiān)測(cè)到的數(shù)值與總線數(shù)值不同，沿過(guò)后立即有一個(gè)沿用于同步。在總線空閑期間，當(dāng)存在一個(gè)隱性位至顯性位的跳變沿時(shí)，則執(zhí)行一次硬同步。所以履行以上規(guī)則1和規(guī)則2的其他隱性位至顯性位的跳變沿都將被用于重同步。例外情況是，對(duì)于具有正相位誤差的隱性位至顯性位的跳變沿，只要隱性位至顯性位的跳變沿被用于重同步，發(fā)送顯性位的節(jié)點(diǎn)將不執(zhí)行重同步。4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步規(guī)則4.1.6CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離CAN總線上用“顯性”和“隱性”兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯值表示“0”和“1”。當(dāng)在總線上出現(xiàn)同時(shí)發(fā)送顯性和隱性時(shí)，其結(jié)果是總線數(shù)值為顯性（即“0”與“1”的結(jié)果為“0”）。如圖4-15所示，VCAN-H和VCAN-L為CAN總線收發(fā)器與總線之間的兩接口引腳，信號(hào)是以兩線之間的“差分”電壓形式出現(xiàn)。在隱性狀態(tài)VCAN-H和VCAN-L被固定在平均電壓附近Vdiff近似于0.時(shí)間tVVdiffVdiffVCAN-HVCAN-L隱性位顯性位隱性位圖4-15總線位的數(shù)值表示4.1.6CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離C4.1.6CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離CAN總線上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)，如表4-2所示。位速率/(Kbit/s)10005002501251005020105最大距離/m4013027053062013003300670010000表4-2CAN總線系統(tǒng)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最大距離這里的最大通信距離是指在同一條總線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離4.1.6CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離CAN總線上任

一、

CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，必不可少的器件有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、CAN控制器、CAN收發(fā)器和光電耦合器等。光電耦合器隔離電源CAN收發(fā)器CAN控制器單片機(jī)89C51等4.2CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)連接方式 一、CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光電耦合器隔離電源CAN收發(fā)器C4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)隔離電源CAN控制器單片機(jī)如89C51等4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)隔離電源CAN控制器單片機(jī)4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)CAN收發(fā)器4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)CAN收發(fā)器4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

二、CAN系統(tǒng)連接方式

MCU4.2現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)結(jié)構(gòu) 二、CAN系統(tǒng)連接方式4.3現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)芯片一、

CAN控制器SJA1000 SJA1000是PHILIPS公司的產(chǎn)品。

1、控制器的功能 （1）實(shí)現(xiàn)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議； （2）設(shè)置通信波特率；（3）進(jìn)行發(fā)送和 接收緩沖；（4）進(jìn)行校驗(yàn)和錯(cuò)誤處理； （5）產(chǎn)生中斷請(qǐng)求等。

2、引腳信號(hào)

28引腳，DIP或SO封裝

AD0~AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用

MODE：CPU模式選擇

1：Intel模式；0：Motorola模式

TX0、1：從SJA1000輸出數(shù)據(jù)

RX0、1：SJA1000接收數(shù)據(jù)

/INT：中斷請(qǐng)求輸出，送給單片機(jī)4.3現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)芯片一、CAN控制器SJA14.3現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)芯片二、CAN高速數(shù)據(jù)收發(fā)器SJA1050 SJA1050是PHILIPS公司的產(chǎn)品。

1、數(shù)據(jù)收發(fā)器的功能 （1）完成CAN協(xié)議電平轉(zhuǎn)換；（2）完成數(shù)據(jù)收發(fā)；（3）起到保護(hù)和抗干擾作用。

2、主要特點(diǎn)：（1）高速率（達(dá)1Mb/s）；（2）多節(jié)點(diǎn)（達(dá)110個(gè)）；（3）有靜音模式只收不發(fā)；（4）保護(hù)和抗干擾能力強(qiáng)。

3、引腳信號(hào)

TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入

RXD：接收數(shù)據(jù)輸出

CANL：低電平CAN總線

CANH：高電平CAN總線

S：模式選擇，0：高速模式；

1：靜音模式，只收不發(fā)

Vref：參考電壓輸出4.3現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)芯片二、CAN高速數(shù)據(jù)收發(fā)器S基于RS232協(xié)議的CAN總線網(wǎng)絡(luò)基于RS232協(xié)議的CAN總線網(wǎng)絡(luò)金龍客車CAN總線金龍客車CAN總線金龍客車CAN總線金龍客車CAN總線金龍客車CAN總線金龍客車CAN總線本章作業(yè)1、簡(jiǎn)述CAN總線的主要特點(diǎn)2、簡(jiǎn)述CAN的分層結(jié)構(gòu)3、CAN報(bào)文有哪幾種類型的禎表示4、CAN位數(shù)值表示方法5、CAN總線與Profibus總線的主要不同點(diǎn)有哪些？本章作業(yè)1、簡(jiǎn)述CAN總線的主要特點(diǎn)第四講CAN現(xiàn)場(chǎng)總線第四講CAN現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork）是控制器局域網(wǎng)

CAN是由德國(guó)Bosch公司專門為汽車監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的，逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)控制。CAN已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)總線CAN局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaCanbus的由來(lái)由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對(duì)更多的汽車運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個(gè)發(fā)展到幾十個(gè)以至于上百個(gè)控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來(lái)越密集。為此德國(guó)BOSCH公司開發(fā)了一種設(shè)計(jì)先進(jìn)的解決方案－CAN數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)來(lái)為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Canbus的由來(lái)Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提高到500Kbit/m。2002年，大眾集團(tuán)在新PQ24平臺(tái)上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團(tuán)在新PQ35平臺(tái)上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適CAN-Bus是ControllerAreaNetwork的縮寫，稱為控制單元的局域網(wǎng)，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。車上的布線空間有限，CAN-Bus系統(tǒng)的控制單元連接方式采用銅纜串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。也就是說(shuō)每個(gè)控制單元不指定接收者，把所有的信息都往外發(fā)送；由接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理：一家發(fā)送，大家接收CAN-Bus是ControllerAreCAN的主要特性

（1）傳輸速率最高1Mbps/40m，距離最遠(yuǎn)10km/5kbps。 （2）節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)110個(gè)（取決于驅(qū)動(dòng)電路），傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸或光纖。 （3）通信方式，CAN采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種數(shù)據(jù)收發(fā)方式。 （4）CAN可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，并且無(wú)主、從機(jī)之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報(bào)文，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。 （5）CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)有沖突時(shí)，自動(dòng)按優(yōu)先級(jí)次序發(fā)送。 （6）信號(hào)傳輸用短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)），實(shí)時(shí)性好，受干擾的概率低，且具有極好的檢錯(cuò)效果； （7）具有可靠的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制（CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)）。

（8）節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉功能（在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)）。 （9）CAN器件豐富，有帶CAN的單片機(jī)（82C200）、CAN控制器(SJA1000)、收發(fā)器(TJA1050)、CANI/O器件(82C150)等。(10)ISO11898CAN高速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的的最高速率為1Mbit/s，ISO11519CAN低速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的最高速率為125Kbit/s。CAN的主要特性 （1）傳輸速率最高1Mbps/40m，距CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信方式一般都采用BITBUS和RS485，其缺點(diǎn)是：無(wú)法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)，主節(jié)點(diǎn)任務(wù)繁忙，一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障就可能引起系統(tǒng)癱瘓；數(shù)據(jù)通信方式為命令響應(yīng)式，數(shù)據(jù)傳輸效率降低，同時(shí)當(dāng)下端出現(xiàn)異常時(shí)，數(shù)據(jù)不能立即上傳，靈活性極差，不適于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合；物理層采用較陳舊的RS485規(guī)范，鏈路層為SDLC(同步數(shù)據(jù)鏈路控制,SynchronousDataLinkControl)協(xié)議，總體來(lái)講效率較低，靈活性差，尤其是錯(cuò)誤處理能力不強(qiáng)。CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信方式一般都采用CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)與上述通信方式相比，CAN具有以下特點(diǎn)：采用通訊數(shù)據(jù)塊編碼，可實(shí)現(xiàn)多主工作方式，數(shù)據(jù)收發(fā)方式靈活，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式；可將DCS結(jié)構(gòu)中主機(jī)的常規(guī)測(cè)試與控制功能分散到各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)控制器把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN適配器發(fā)送到總線，或者向總線申請(qǐng)數(shù)據(jù)，主機(jī)便從原來(lái)繁重的底層設(shè)備監(jiān)控任務(wù)中解放出來(lái)，進(jìn)行更高層次的控制和管理功能，比如故障診斷、優(yōu)化協(xié)調(diào)等；采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)，具有暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離功能，使系統(tǒng)其它節(jié)點(diǎn)的通信不受影響；同時(shí)CAN具有出錯(cuò)幀自動(dòng)重發(fā)功能，可靠性高；信號(hào)傳輸用短幀結(jié)構(gòu)（8字節(jié)），實(shí)時(shí)性好，受干擾的概率低，且具有極好的檢錯(cuò)效果；CAN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)與上述通信方式相比，CAN具有以下特點(diǎn)：4.不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性；5.采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使各設(shè)備之間具有較好的互操作性和互換性，系統(tǒng)的通用性好；6.通訊介質(zhì)可采用雙絞線，無(wú)特殊要求；現(xiàn)場(chǎng)布線和安裝簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好?？傊珻AN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互操作性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的工業(yè)總線的缺陷，是工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)通信一種有效的解決方案。4.不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。4.1CAN技術(shù)規(guī)范CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能4.1CAN的技術(shù)規(guī)范制定技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性。為達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性，CAN被細(xì)分為以下不同的層次：

CAN對(duì)象層（TheObjectLayer）

CAN傳輸層（TheTransferLayer）物理層（ThePhysicalLayer）對(duì)象層和傳輸層包括所有由ISO/OSI模型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)和功能.對(duì)象層的作用范圍包括：查找被發(fā)送的報(bào)文確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個(gè)報(bào)文為應(yīng)用層相關(guān)硬件提供接口傳輸層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)，執(zhí)行仲裁，錯(cuò)誤檢測(cè)，出錯(cuò)標(biāo)定，故障界定。物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位信息的實(shí)際傳輸.4.1CAN的技術(shù)規(guī)范制定技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩CAN的高層協(xié)議

CAN的高層協(xié)議（也可理解為應(yīng)用層協(xié)議）是一種在現(xiàn)有的底層協(xié)議（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）之上實(shí)現(xiàn)的協(xié)議。高層協(xié)議是在CAN規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用層。許多系統(tǒng)（像汽車工業(yè)）中，可以特別制定一個(gè)合適的應(yīng)用層，但對(duì)于許多的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，以使系統(tǒng)的綜合應(yīng)用變得十分容易。一些可使用的CAN高層協(xié)議有：

制定組織主要高層協(xié)議

CiACAL協(xié)議

CiACANOpen協(xié)議

ODVADeviceNet協(xié)議

HoneywellSDS協(xié)議

KvaserCANKingdom協(xié)議CAN的高層協(xié)議

4.1.1CAN的基本概念報(bào)文

總線上的信息以不同格式的報(bào)文發(fā)送，但長(zhǎng)度有限制。

信息路由

在CAN系統(tǒng)中，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息（如站地址）。

位速度

CAN的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一的并且是固定的。

優(yōu)先權(quán)

在總線訪問(wèn)期間，標(biāo)識(shí)符定義了一個(gè)報(bào)文靜態(tài)的優(yōu)先權(quán)。

4.1.1CAN的基本概念報(bào)文4.1.1CAN的基本概念

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求

通過(guò)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀與對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程幀以相同標(biāo)識(shí)符ID命名。

多主站

任意站點(diǎn)均可主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)主從之分

仲裁

當(dāng)總線開放時(shí)，任何單元均可開始發(fā)送報(bào)文，若同時(shí)有兩個(gè)或更多的單元開始發(fā)送，總線訪問(wèn)沖突運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助標(biāo)識(shí)符ID解決。4.1.1CAN的基本概念遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求4.1.1CAN的基本概念

故障界定

CAN節(jié)點(diǎn)有能力識(shí)別永久性故障和短暫擾動(dòng)，可自動(dòng)關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)。

連接

CAN串行通信鏈路是一條眾多但愿均可被連接的總線。

單通道

由單一進(jìn)行雙向位傳送的通道組成的總線，借助數(shù)據(jù)重同步實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

總線數(shù)值表示

總線上具有兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值：顯性電平和隱性電平。

應(yīng)答

所有接收器均對(duì)接收?qǐng)?bào)文的相應(yīng)性進(jìn)行檢查，應(yīng)答一個(gè)相容報(bào)文，并標(biāo)注一個(gè)不相容報(bào)文。4.1.1CAN的基本概念故障界定4.1.2CAN的分層結(jié)構(gòu)CAN遵從OSI模型，按照OSI標(biāo)準(zhǔn)模型CAN劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。數(shù)據(jù)鏈路層又包括：邏輯鏈路控制子層LLC，媒體訪問(wèn)控制子層MAC。CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能如右圖：

LLC子層的主要功能是為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由LLC子層接收的報(bào)文實(shí)際已被接收并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。MAC子層接收的報(bào)文主要是傳送規(guī)則亦即控制幀結(jié)構(gòu)，執(zhí)行仲裁，錯(cuò)誤檢測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性在不同節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際傳送。數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路子層LLC接收濾波超載通知恢復(fù)管理媒體訪問(wèn)控制子層MAC數(shù)據(jù)封裝/拆裝幀編碼（填充/解除填充）媒體訪問(wèn)管理錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定應(yīng)答串行化/解除串行化物理層位編碼/解碼位定時(shí)同步（驅(qū)動(dòng)器/接收器特性）故障界定總線故障管理監(jiān)控器圖4-1CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能4.1.2CAN的分層結(jié)構(gòu)CAN遵從OSI模型，按照OS4.1.3報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。構(gòu)成一幀的幀起始，仲裁場(chǎng)，控制場(chǎng)，數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送地位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀地其余位場(chǎng)采用固定格式，不進(jìn)行填充，出錯(cuò)幀和超載幀同樣時(shí)固定格式，也不進(jìn)行位填充。位填充的方法如右圖4－2所示。報(bào)文中的位流按照非歸零（NRZ）碼方法編碼報(bào)文發(fā)送由4種不同類型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，出錯(cuò)幀，超載幀。未填充位流

100000xyz011111xyz填充位流

1000001xyz0111110xyz其中：xyz∈{0,1}

圖4-2位填充4.1.3報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的1.數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可為0。CAN2.0A數(shù)據(jù)幀的組成如圖4-3所示。在CAN2.0B存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，具有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識(shí)符的幀稱為擴(kuò)展幀。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖4-4所示.幀間空間或超載幀幀間空間圖4-3數(shù)據(jù)幀組成幀起始ACK場(chǎng)幀結(jié)束仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC場(chǎng)數(shù)據(jù)幀1.數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)格式仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)11位標(biāo)識(shí)符DLCSOFRTRIDEr0幀間空間11位標(biāo)識(shí)符18位標(biāo)識(shí)符DLC仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)SOFIDERTRr0r1SRR圖4-4標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)格式仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)111.數(shù)據(jù)幀幀起始（SOF）標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，它僅由一個(gè)顯性位構(gòu)成。仲裁場(chǎng)由標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（RTR）組成。仲裁場(chǎng)如圖4-5所示?？刂茍?chǎng)由6位組成，如圖4-6所示數(shù)據(jù)場(chǎng)由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括0～8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位。首先發(fā)送的是最高有效位。控制場(chǎng)幀間空間仲裁場(chǎng)幀起始標(biāo)識(shí)符RTR位圖4-5仲裁場(chǎng)組成數(shù)據(jù)場(chǎng)或CRC場(chǎng)仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼保留位r1r0DLC3DLC2DLC1DLC0圖4-6控制場(chǎng)組成1.數(shù)據(jù)幀幀起始（SOF）控制場(chǎng)幀間空間仲裁場(chǎng)幀起始標(biāo)識(shí)符R1.數(shù)據(jù)幀CRC場(chǎng)包括CRC序列，后隨CRC界定符。CRC界定符是一個(gè)單獨(dú)的“隱性”位。為進(jìn)行CRC計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無(wú)填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)。

CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。應(yīng)答場(chǎng)位兩位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，如圖4-8所示.幀結(jié)束每個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均可由7個(gè)隱性位組成的標(biāo)志序列界定。CRC序列CRC場(chǎng)CRC界定符ACK場(chǎng)圖4-7CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu)CRC場(chǎng)ACK場(chǎng)幀結(jié)束ACK間隙ACK界定符圖4-8應(yīng)答場(chǎng)組成1.數(shù)據(jù)幀CRC場(chǎng)CRC序列CRC場(chǎng)CRC界定符ACK場(chǎng)圖42.遠(yuǎn)程幀激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以通過(guò)傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀初始化各源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同分位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的RTR位是“隱性”的。它沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標(biāo)注為容許范圍里0...8的任何數(shù)值）。RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是一數(shù)據(jù)幀（RTR位“顯性”）還是一遠(yuǎn)程幀（RTR“隱性”）。幀間空間遠(yuǎn)程幀幀間空間幀起始仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)CRC場(chǎng)ACK場(chǎng)幀結(jié)束或超載幀圖4-9遠(yuǎn)程幀組成2.遠(yuǎn)程幀激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以通過(guò)傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀初始化各3.出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)由來(lái)自各幀的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到，后隨的第二個(gè)場(chǎng)是出錯(cuò)界定符。出錯(cuò)幀的組成如圖4-10所示數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)幀錯(cuò)誤標(biāo)志錯(cuò)誤標(biāo)志疊加錯(cuò)誤界定符幀間空間或超載幀圖4-10出錯(cuò)幀組成3.出錯(cuò)幀出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)由來(lái)自各幀的錯(cuò)誤標(biāo)志4.超載幀超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：超載標(biāo)志和超載界定符，如圖4-11所示幀結(jié)束或超載幀超載標(biāo)志超載標(biāo)志疊加超載界定符幀間空間或超載幀圖4-11超載幀組成超載界定符錯(cuò)誤界定符4.超載幀超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：幀結(jié)束或超載幀超載標(biāo)志超載標(biāo)志5.幀間空間幀結(jié)束幀間空間間歇場(chǎng)總線空閑幀圖4-12非“錯(cuò)誤認(rèn)可”幀間空間5.幀間空間幀結(jié)束幀間空間間歇場(chǎng)總線空閑幀圖4-12非數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)處理流程數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)處理流程標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁過(guò)程4.1.4錯(cuò)誤類型和界定1.錯(cuò)誤類型

CANBUS有五種錯(cuò)誤類型。位錯(cuò)誤填充錯(cuò)誤CRC錯(cuò)誤形式錯(cuò)誤應(yīng)答錯(cuò)誤錯(cuò)誤界定4.1.4錯(cuò)誤類型和界定1.錯(cuò)誤類型設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念正常位速率為在非重同步情況下，借助理想發(fā)送器每秒發(fā)出的位數(shù)。正常位時(shí)間即正常位速率的倒數(shù)。正常位時(shí)間可分為幾個(gè)互不重疊的時(shí)間段。包括：同步段，傳播段，相位緩沖段1和相位緩沖段2。如圖4-14所示。同步段傳播段相位緩沖段1相位緩沖段24個(gè)時(shí)間份額4個(gè)時(shí)間份額一位時(shí)間（10個(gè)時(shí)間份額）1個(gè)時(shí)間份額1個(gè)時(shí)間份額采樣點(diǎn)圖4-14位時(shí)間各組成部分4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念正常位速率同步段傳播段相4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步段

用于同步總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要有一個(gè)跳變沿。傳播段

用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸延遲時(shí)間。相位緩沖段1和相位緩沖段2

補(bǔ)償沿的相位誤差。采樣點(diǎn)仲裁電平被讀點(diǎn)，位于相位緩沖段1的終點(diǎn)。信息處理時(shí)間用于計(jì)算子序列位電平的時(shí)間。4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步段4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念時(shí)間份額由振蕩器周期派生出的一個(gè)固定時(shí)間單元。 時(shí)間份額可為：時(shí)間份額＝m×最小時(shí)間份額其中m為分度值正常位時(shí)間中各時(shí)間段長(zhǎng)度數(shù)值為：SYNC-SEG為一個(gè)時(shí)間份額；PHASE-SEG1可編程為1～8各時(shí)間份額；PHASE-SEG2長(zhǎng)度為PHASE-SEG1和信息處理時(shí)間的最大值；信息處理時(shí)間長(zhǎng)度小于或等于2個(gè)時(shí)間份額。在位時(shí)間中，時(shí)間份額的總數(shù)必須被編程為至少8～25。硬同步硬同步后，內(nèi)部位時(shí)間從SYNC-SEG重新開始。4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念時(shí)間份額4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念重同步跳轉(zhuǎn)寬度由于重同步的結(jié)果，PHASE-SEG1可被延長(zhǎng)或PHASE-SEG1可被縮短。這兩個(gè)相位緩沖段的延長(zhǎng)或縮短的總和上限由重同步跳轉(zhuǎn)寬度給定，可編程為1和4之間。沿相位誤差由沿相對(duì)與SYNC-SEG的位置給定，以時(shí)間份額度量。重同步4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念重同步跳轉(zhuǎn)寬度4.1.5位定時(shí)與同步的基本概念同步規(guī)則硬同步和重同步是同步的兩種形式，遵從下列規(guī)則：在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)僅允許一種同步。只要在先前采樣點(diǎn)上監(jiān)測(cè)到的數(shù)值與總線數(shù)值不同，沿過(guò)后立即有一個(gè)沿用于同步。在總線空閑期間，當(dāng)存在一個(gè)隱性位至顯性位的跳變沿時(shí)，則執(zhí)行一次硬同步。所以履行以上規(guī)則1和規(guī)則2的其他隱性