工業(yè)控制網絡(2013)4

工業(yè)控制網絡（4）哈工大網絡與電氣智能化研究所劉勇2013（春）第三章CAN總線一、CAN總線的發(fā)展歷程

CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網）的縮寫，也稱為canbus。最早由德國Bosch公司Uwe

Kiencke領導的課題小組于1983年開發(fā)，并于1986年2月在Detroit召開的SAE大會上以“AutomotiveSerialControllerAreaNetwork”論文的形式首次向世界介紹。其名稱由顧問Wolfhard

Lowrenz教授所起。

CAN最早應用于汽車工業(yè)，1992年世界上首輛使用CAN總線的汽車從Benz公司下線。現在CAN已經成為世界上最流行的現場總線。

CAN由CiA（CANinAutomation）國際組織維護，并已經成為ISO11898國際標準。以CiA推出的CANSpecification2.0為底層的高層協議有：CANKingdomDeviceNetCANopenSAEJ1939SDS

CAN的最新進展是2000年推出的TTCAN（時間觸發(fā)CAN通信協議）。二、CAN節(jié)點的分層結構三、CAN物理層1.CAN總線電平顯性電平（Dominant）：邏輯“0”隱性電平（Recessive）：邏輯“1”

ISO11898中規(guī)定：在隱性狀態(tài)下：VCAN-H=VCAN-L=2.5V，Vdiff=0V在顯性狀態(tài)下：VCAN-H=3.5V，VCAN-L=1.5V，Vdiff=2V2.CAN接插件管腳分配3.CAN總線終端電阻

120Ω±10%，ISO118984.CAN總線使用的編碼

NRZ編碼（非歸零編碼），5位1填充。5.CAN總線的位速率5k~1M（bps）6.CAN總線長度40m~10kmCAN總線位速率與總線長度的關系：1600100051010010100100010000數據位速率[kbps]總線長度[m]主要影響因素：（1）CAN總線要求發(fā)送器在發(fā)送每一位的同時，都要監(jiān)視總線電平，用以確定是否發(fā)送器競爭發(fā)送權失敗，是否總線發(fā)生了位錯誤，是否獲得了應答；（2）為實現（1）中的目的，要考慮傳播延時的影響。銅導線中，電信號的傳播速度是光速的2/3；（3）還要考慮發(fā)送器延時、接收器延時，以及可靠采樣的要求。7.CAN總線的位定時同步段：1個時間份額；傳播段：1~8個時間份額；相位緩沖段1：1~8個時間份額；相位緩沖段2：相位緩沖段1和信息處理時間的最大值；信息處理時間：≤2個時間份額；時間份額總數：8~25時間份額：由振蕩器周期派生出的一個固定時間單元。由于各個CAN節(jié)點所使用的振蕩器頻率不可能都是精確的理想值，一般都與其存在著一定的誤差，使得發(fā)送器與接收器各自對位時間的理解實際上存在差異。又由于CAN總線使用了NRZ編碼，若沒有一定的位定時機制，隨著累積誤差的增大，終歸會使接收器錯誤地采樣到總線上的其它位上。硬同步與重同步就是用于準確位定時的保障機制。8.CAN總線的位同步硬同步（HardSynchronization）：只發(fā)生在幀起始的位置。硬同步后，內部位時間從同步段重新開始。因而，硬同步強迫引起硬同步的沿處于重新開始的位時間同步段之內。重同步（Resynchronization）：發(fā)生在幀內。通過在每個時間段采樣總線，并與前一個采樣點處的總線電平做比較，可以檢測到跳變沿。如果跳變沿發(fā)生在同步段內，則認為接收節(jié)點與發(fā)送節(jié)點是同步的；否則說明二者不同步，需要進行重同步。重同步的目的是通過延長相位緩沖段1或縮減相位緩沖段2來控制跳變沿和采樣點之間的距離，以補償振蕩器誤差。CAN2.0規(guī)范規(guī)定：只有隱性電平到顯性電平的跳變沿才用于重同步。沿相位誤差e：由沿相對于當前同步段的位置給定，計為時間份額的整數倍。如果沿出現在當前同步段之前，e被計為負，如果沿出現在當前同步段之后，e被計為正。重同步跳轉寬度（SJW）用于設定相位緩沖段延長或縮短的上限，應被編程為1~4個時間份額，并且不能長于任何一個相位緩沖段長度。重同步規(guī)則：當e>0時，相位緩沖段1要延長。如果e<SJW，相位緩沖段1要延長e，否則延長SJW；當e<0時，相位緩沖段2要縮減。如果e<SJW，相位緩沖段1要縮減e，否則縮減SJW；

當e<SJW時，重同步和硬同步的效果是一樣的。如果e>SJW，重同步不能充分補償e，誤差（e-SJW）仍然存在。9.CAN總線的振蕩器容差由于只有當e<SJW時，發(fā)送器與接收器之間的振蕩器誤差才能得以充分補償，其它情況下只是得到部分補償，并可能會引起接收器讀取的數值與發(fā)送器發(fā)送的實際數值不一致。因此，接收器中CAN位定時參數設計的目的就是要使其在滿足總線通信速率的同時，最大可能地去適應發(fā)送器與接收器之間的振蕩器誤差。約束條件-1：受位填充限制。約束條件-2：受錯誤標志影響。其它約束條件：根據CAN2.0規(guī)范，振蕩器最大容許誤差可至1.58%。思考題：1.CAN的中英文含義如何？2.CAN的底層與高層協議有哪些？3.CAN是哪個國際標準規(guī)定的現場總線？4.CAN總線電平是如何定義的？5.CAN使用什么樣的編碼形式？6.CAN總線的位速率與總線長度關系如何？7.