基礎(chǔ)篇18.can總線工作原理

學(xué)ARM從STM32開(kāi)始主講人：劉洋學(xué)習(xí)板：LY-STM32手機(jī)：網(wǎng)站：郵箱：

30094562淘寶店：本公司授課所使用產(chǎn)品均為本公司自主研發(fā)CAN總線工作原理CAN是什么？CAN是ControllerAreaNetwork的縮寫（以下稱為CAN），是ISO*1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國(guó)電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

現(xiàn)在，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。下圖是車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想示意圖。CAN通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)，使多種LAN通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換得以實(shí)現(xiàn)。(1)多主控制在總線空閑時(shí)，所有的單元都可以發(fā)送消息（多主控制）。最先訪問(wèn)總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)。多個(gè)單元同時(shí)開(kāi)始發(fā)送時(shí)，發(fā)送高優(yōu)先級(jí)ID消息的單元可獲得發(fā)送權(quán),所有的消息都以固定的格式發(fā)送。(2)系統(tǒng)的柔軟性與總線相連的單元沒(méi)有類似于“地址”的信息。因此在總線上增加單元時(shí)，連接在總線上的其它單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。(3)通信速度根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，可設(shè)定適合的通信速度。在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有單元必須設(shè)定成統(tǒng)一的通信速度。即使有一個(gè)單元的通信速度與其它的不一樣，此單元也會(huì)輸出錯(cuò)誤信號(hào)，妨礙整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。不同網(wǎng)絡(luò)間則可以有不同的通信速度。CAN的特點(diǎn)(4)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求可通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。(5)錯(cuò)誤檢測(cè)功能·錯(cuò)誤通知功能·錯(cuò)誤恢復(fù)功能所有的單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能）。檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元（錯(cuò)誤通知功能）。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止(錯(cuò)誤恢復(fù)功能)。(6)故障封閉CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。(7)連接CAN總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線。可連接的單元總數(shù)理論上是沒(méi)有限制的。但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少。STM32bxCAN主要特點(diǎn)●支持CAN協(xié)議2.0A和2.0B主動(dòng)模式●波特率最高可達(dá)1兆位/秒●支持時(shí)間觸發(fā)通信功能發(fā)送●3個(gè)發(fā)送郵箱●發(fā)送報(bào)文的優(yōu)先級(jí)特性可軟件配置●記錄發(fā)送SOF時(shí)刻的時(shí)間戳接收●3級(jí)深度的2個(gè)接收FIFO●可變的過(guò)濾器組：─在互聯(lián)型產(chǎn)品中，CAN1和CAN2分享28個(gè)過(guò)濾器組─其它STM32F103xx系列產(chǎn)品中有14個(gè)過(guò)濾器組●標(biāo)識(shí)符列表●記錄接收SOF時(shí)刻的時(shí)間戳?xí)r間觸發(fā)通信模式●禁止自動(dòng)重傳模式●16位自由運(yùn)行定時(shí)器●可在最后2個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送時(shí)間戳管理●中斷可屏蔽初學(xué)者需要關(guān)注的幾個(gè)重點(diǎn)1.隱性位與顯性位CAN總線為“隱性”（邏輯1）時(shí)，CAN_H和CAN_L的電平為2.5V（電位差為0V）；CAN總線為“顯性”（邏輯0）時(shí)，CAN_H和CAN_L的電平分別是3.5V和1.5V（電位差為2.5V）2.數(shù)據(jù)幀類型：(1)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀(2)擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀(3)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀(4)擴(kuò)展遠(yuǎn)程幀CAN總線上的所有器件都必須使用相同的比特率。然而，并非所有器件都要求具有相同的主振蕩器時(shí)鐘頻率。對(duì)于采用不同時(shí)鐘頻率的器件，應(yīng)通過(guò)適當(dāng)設(shè)置波特率預(yù)分頻比以及每一時(shí)間段中的時(shí)間份額的數(shù)量來(lái)對(duì)比特率進(jìn)行調(diào)整?！裢蕉?SYNC_SEG)：同步段為首段，用于同步CAN總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。輸入信號(hào)的跳變沿就發(fā)生在同步段，該段持續(xù)時(shí)間為1TQ?！駮r(shí)間段1(BS1)：定義采樣點(diǎn)的位置。其值可以編程為1到16個(gè)時(shí)間單元，但也可以被自動(dòng)延長(zhǎng)，以補(bǔ)償因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)的頻率差異所造成的相位的正向漂移。●時(shí)間段2(BS2)：定義發(fā)送點(diǎn)的位置。其值可以編程為1到8個(gè)時(shí)間單元，但也可以被自動(dòng)縮短以補(bǔ)償相位的負(fù)向漂移。重新同步跳躍寬度(SJW)定義了，在每位中可以延長(zhǎng)或縮短多少個(gè)時(shí)間單元的上限。其值可以編程為1到4個(gè)時(shí)間單元。3.位時(shí)間特性CAN波特率=系統(tǒng)時(shí)鐘/分頻數(shù)/(1*tq+tBS1+tBS2)其中tBS1=tq*(TS1[3:0]+1)tBS2=tq*(TS2[2:0]+1)tq=(BRP[9:0]+1)*tPCLK這里tq表示1個(gè)時(shí)間單元tPCLK=APB時(shí)鐘的時(shí)間周期BRP[9:0],TS1[3:0]和TS2[2:0]在CAN_BTR寄存器中定義CAN波特率計(jì)算公式總體配置保持tBS1>=tBS2，tBS2>=1個(gè)CAN時(shí)鐘周期，tBS2>=2tSJWCAN波特率參數(shù)設(shè)置5KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_2tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_6tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_4tq;

CAN_Prescaler=600;10KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=600;20KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=300;25KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=240;40KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=150;CAN波特率參數(shù)設(shè)置50KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=120;62.5KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=96;80KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=75;100KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=60;125KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=48;CAN波特率參數(shù)設(shè)置200KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=30;250KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=24;400KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_5tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_3tq;

CAN_Prescaler=10;500KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=12;800KBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_5tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_3tq;

CAN_Prescaler=5;CAN波特率參數(shù)設(shè)置1MKBPSCAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

CAN_BS1=CAN_BS1_3tq;

CAN_BS2=CAN_BS2_2tq;

CAN_Prescaler=6;(1)屏蔽位模式在屏蔽位模式下，標(biāo)識(shí)符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定報(bào)文標(biāo)識(shí)符的任何一位，應(yīng)該按照“必須匹配”或“不用關(guān)心”處理。(2)標(biāo)識(shí)符列表模式在標(biāo)識(shí)符列表模式下，屏蔽寄存器也被當(dāng)作標(biāo)識(shí)符寄存器用。因此，不是采用一個(gè)標(biāo)識(shí)符加一個(gè)屏蔽位的方式，而是使用2個(gè)標(biāo)識(shí)符寄存器。接收?qǐng)?bào)文標(biāo)識(shí)符