第二章--控制器局域網(wǎng)CAN--20150205b

1、第二章第二章控制器局域網(wǎng)控制器局域網(wǎng)(CAN)(CAN) CAN 總線在 BOSCH 公司推出后，由于其可靠性高、性能價(jià)格比高、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用到車輛控制、工業(yè)控制、移動(dòng)機(jī)械、交通控制、機(jī)器人、智能建筑、醫(yī)療系統(tǒng)以 及嵌入式網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。CAN 節(jié)點(diǎn)的數(shù)量從二十世紀(jì)九十年代中期開始直線上升。以往較少使 用 CAN 的北美和亞洲大汽車生產(chǎn)商也轉(zhuǎn)向使用 CAN 構(gòu)成汽車上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使 CAN 節(jié)點(diǎn) 數(shù)量增加的趨勢(shì)更加強(qiáng)勁。隨著市場(chǎng)的需求的增加，各大電子元器件廠商也不斷推出新型的 CAN 產(chǎn)品。很多高檔微控制器（單片機(jī)）也都支持 CAN 控制器接口。 一一一 CAN 的基本知的基本知識(shí)識(shí)

2、 一、控制器局域網(wǎng)一、控制器局域網(wǎng) CANCAN（ControllerController AreaArea NetworkNetwork） 控制器局域網(wǎng)(CAN)是一個(gè)支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),主要用于嵌入式控制 器的通信系統(tǒng)及智能裝置的開放通信系統(tǒng)。二十世紀(jì)八十年代,由于電子系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用 不斷普及,車上控制單元(ECU)不斷增加，BOSCH 公司提出了最初用于汽車電子裝置互連的控 制器局域網(wǎng) CAN 串行通信總線系統(tǒng)。之后，CAN 被汽車行業(yè)和控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，它已經(jīng)成 為 ISO 和 SAE 標(biāo)準(zhǔn)。CAN 有 CAN1.0 、CAN1.2、CAN2.0A 和 CAN2.0B

3、 等版本。CAN2.0A 以及以 下版本使用標(biāo)準(zhǔn)格式信息幀（11 位標(biāo)識(shí)符） ，CAN2.0B 使用擴(kuò)展格式（29 位標(biāo)識(shí)符） 。 CAN2.0A 及以下的版本接收到擴(kuò)展格式信息時(shí)認(rèn)為出現(xiàn)錯(cuò)誤。CAN2.0B 又分為“被動(dòng)” CAN2.0B（CAN2.0B Positive）和“主動(dòng)”CAN2.0B(CAN2.0B Active)；“被動(dòng)”CAN2.0B 能 夠處理標(biāo)準(zhǔn)格式信息，接收時(shí)忽略擴(kuò)展格式的信息幀，但并不認(rèn)為是錯(cuò)誤；“主動(dòng)”CAN2.0B 能夠接收發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式信息和擴(kuò)展格式信息。CAN 系統(tǒng)中，協(xié)議功能多數(shù)由硬件完成，這個(gè) 硬件稱為 CAN 控制器（CAN Controller） 。根

4、據(jù)功能，CAN 控制器又被分為“全 CAN 控制器 （Full CAN Controller） ”和“基本 CAN 控制器(Basic CAN Controller） ” 。 “基本 CAN 控制 器”實(shí)現(xiàn) CAN 信息傳送控制的最基本功能，一般只具有一個(gè)發(fā)送寄存器和一個(gè)或兩個(gè)接收寄 存器，只能按照接收寄存器存放的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行接收過濾；適合于在低速系統(tǒng)或信息類型較少 的系統(tǒng)中應(yīng)用。 “全 CAN 控制器”實(shí)現(xiàn)完整的通信過程控制和接收過濾功能。使用“全 CAN 控 制器”系統(tǒng)的速度、總線負(fù)載和信息類型都可以大大增加。 CAN 的應(yīng)用領(lǐng)域包括車輛系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)械、工業(yè)儀器儀表、建筑自動(dòng)化

5、 系統(tǒng)以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)等。現(xiàn)在歐洲幾乎所有的轎車都使用了基于 CAN 的系統(tǒng)；歐洲以外的大 汽車廠家也廣泛使用 CAN，其中包括通用公司和福特公司。在 CAN 出現(xiàn)后有很多控制總線或 局域網(wǎng)以 CAN 為基礎(chǔ)或?yàn)槠涞讓訁f(xié)議。 SAE 按 CAN 不同的通信速率把它分為三個(gè)級(jí)別：高速 CAN，主要用于車上動(dòng)力傳動(dòng)系控 制系統(tǒng)和底盤的控制系統(tǒng)；中速 CAN，主要用于車身系統(tǒng)；低速 CAN，主要用于車上媒體系統(tǒng) 控制（并非用于媒體信息傳送）及儀表板。現(xiàn)在很多汽車產(chǎn)品供貨商都提供支持 CAN 的相關(guān) 產(chǎn)品，包括 ECU（Electronic Control Units） 、微控制器（Micro-cont

6、roller） 、接口元器 件都有支持 CAN 協(xié)議的產(chǎn)品，為 CAN 的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但隨著車上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng) 用范圍不斷擴(kuò)大和應(yīng)用層次的深入，也發(fā)現(xiàn)了 CAN 的一些局限性。 二、二、CANCAN 的基本特點(diǎn)的基本特點(diǎn) CAN 總線有如下特點(diǎn): 1) 高速串行數(shù)據(jù)接口功能。CAN 支持從幾千到一兆 bits-1的數(shù)據(jù)傳輸速率。 2) 使用廉價(jià)物理介質(zhì)，CAN 可以使用屏蔽或非屏蔽的雙絞線、同軸電纜以及光纖作為 網(wǎng)線。 3) 數(shù)據(jù)幀短，短數(shù)據(jù)幀有利于減小延時(shí)，提高實(shí)時(shí)性；但降低了有效數(shù)據(jù)傳輸率。 4) 反應(yīng)速度快，發(fā)送時(shí)不需等待令牌，對(duì)請(qǐng)求反應(yīng)迅速。 5) 多站同時(shí)發(fā)送，優(yōu)先數(shù)據(jù)獲取

7、總線。 6) 錯(cuò)誤檢測(cè)和校正能力強(qiáng)，保證系統(tǒng)的可靠性。 7) 無(wú)破壞基于優(yōu)先權(quán)的仲裁。 8) 通過接受濾波的方式實(shí)現(xiàn)多地址幀傳送。 9) 具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求功能。 10) 具有全系統(tǒng)數(shù)據(jù)兼容性。 11) 具有丟失仲裁或出錯(cuò)的幀自動(dòng)重發(fā)功能。 12) 能判別暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)，具有故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離功能。 13) 基于事件觸發(fā)的發(fā)送方式，信息傳送延時(shí)離散度高，有出現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)的可能。 三、三、CANCAN 的一些基本概念的一些基本概念 CAN 定義了 ISO/OSI 網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)模型的最低兩層，即數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，主要是 數(shù)據(jù)鏈路層。在不同的 CAN 版本中對(duì)分層的定義有一些區(qū)別。CAN1.2

8、的分層結(jié)構(gòu)如圖 2-1(a)， 數(shù)據(jù)鏈路層又分為傳輸層(TL, Transfer Layer)和目標(biāo)層(OL, Object Layer)。目標(biāo)層完成 下列功能： 1)獲取由應(yīng)用層傳來(lái)的發(fā)送數(shù)據(jù)。 2)從傳輸層尋找要使用的數(shù)據(jù)。 3)提供與應(yīng)用層相關(guān)的硬件接口。 CAN2.0 的分層結(jié)構(gòu)如圖 2 -1(b),是按 ISO/OSI 模型對(duì) CAN 結(jié)構(gòu)的描述。數(shù)據(jù)鏈路層又 分為邏輯鏈路控制（LLC，Logical Link Control）和媒體訪問控制（MAC, Medium Access Control）兩個(gè)子層。LLC 層完成下列功能： 應(yīng)用層應(yīng)用層 目目標(biāo)標(biāo)層層 信息濾波 信息與狀態(tài)處理

9、 傳輸層傳輸層 故障限制 錯(cuò)誤檢測(cè)和信令 信息檢驗(yàn) 應(yīng)答 仲裁 格式化信息 傳輸速率與定時(shí) 物理層物理層 信號(hào)電平與位編碼 傳輸媒介 圖2-1(a) CAN 1.2分層結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 邏邏輯輯鏈鏈路路層層（ LLC）： 接受過濾、超載通告、恢復(fù)管理。 媒媒體體訪訪問問層層（ MAC）： 數(shù)據(jù)打包 /解包、幀編碼（填充與除去填充碼）、 媒體訪問管理、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令、 接收應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換。 物理層物理層 位編碼 /解碼、位定時(shí)、同步。 輸出驅(qū)動(dòng)器 /輸入接收器特性。 監(jiān)控功能監(jiān)控功能 故故障障限限制制 總總線線故故障障管管理理 圖 2-1(b) CAN2.0 分層結(jié)構(gòu) 1)為數(shù)據(jù)發(fā)

10、送以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求傳送服務(wù)。 2)判定是否接受接收到的信息。 3)提供恢復(fù)管理和超載處理。 CAN2.0 的 MAC 層(與 CAN1.2 TL 層對(duì)應(yīng))是 CAN 的核心，主要定義了傳輸協(xié)議，包括信 息幀格式、仲裁方式、應(yīng)答信號(hào)、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令和故障限制等。MAC 層的約定是固定 的。LLC 層（對(duì)應(yīng) CAN1.2 OL 層）的設(shè)計(jì)有很大的自由度。 物理層實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的物理信號(hào)傳送， 主要定義網(wǎng)絡(luò)的電器特性。CAN 網(wǎng)絡(luò)可以采用多 種不同的物理層協(xié)議。Bosch CAN 幾乎沒有對(duì)物理層定義。同樣是基于 CAN 的網(wǎng)絡(luò)，不同的 網(wǎng)絡(luò)物理層可能有很大差別，但同一網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)物理層必須是相

11、同的。物理層的協(xié)議 主要根據(jù)要求的數(shù)據(jù)傳輸率、成本和可靠性決定。 下面主要說明 CAN 媒體訪問控制層(傳輸層)有關(guān)的一些概念和特征： 1)信息：CAN 總線上的信息以一定的格式發(fā)送，當(dāng)總線空閑時(shí)，任何一個(gè)網(wǎng)上節(jié)點(diǎn) 都可開始發(fā)送信息。 2)信息的路由：CAN 網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)不使用任何站點(diǎn)地址信息，由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)信息 的特征判斷是否接收這幀信息。所以，CAN 網(wǎng)絡(luò)有很多基于這個(gè)傳輸方式的特點(diǎn)。 3)標(biāo)識(shí)符：要傳送的信息有特征標(biāo)識(shí)符（Identifier，是數(shù)據(jù)幀的一個(gè)域） ，它給 出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，而是這個(gè)信息（數(shù)據(jù)幀）的特征。信息以廣播方式向網(wǎng)上發(fā)送，所 有節(jié)點(diǎn)可以接收。節(jié)點(diǎn)接收到一幀信息后

12、，通過標(biāo)識(shí)域判定是否接受這幀信息的數(shù)據(jù)。 4)數(shù)據(jù)一致性：由于通過標(biāo)識(shí)域識(shí)別數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)可以有任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)接 收應(yīng)用傳送的數(shù)據(jù)。配合錯(cuò)誤處理和再同步功能，這也保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性。 5)信息傳輸率：不同的 CAN 系統(tǒng)可以有不同的數(shù)據(jù)傳輸率，同一網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)傳輸 速率必須是兼容的。 6)優(yōu)先級(jí)：由發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)域判定數(shù)據(jù)占用總線的優(yōu)先權(quán)級(jí)別。啟動(dòng)發(fā)送后，先 發(fā)送標(biāo)識(shí)符，由標(biāo)識(shí)符決定信息優(yōu)先權(quán)，標(biāo)識(shí)符小優(yōu)先權(quán)高（參照和 15） 。 7)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求：一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過想網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求需要的數(shù)據(jù)；能提供 數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)接收到遠(yuǎn)程幀后發(fā)送遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，返回的數(shù)據(jù)幀與遠(yuǎn)程幀擁有相同的標(biāo)識(shí)

13、 域。 8)仲裁：當(dāng)總線空閑時(shí)任何節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送信息，出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，具有最高優(yōu)先權(quán)的信 息獲得總線的使用權(quán)。 9)仲裁過程：發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)不斷監(jiān)聽總線狀態(tài)，判別是否與發(fā)送的位一致，如果一 致，繼續(xù)發(fā)送；否則（發(fā)送“隱性”位，總線為“顯性” ）丟失仲裁，從下一位開始停止發(fā)送。 10)錯(cuò)誤檢測(cè)與可靠性：為了保證可靠性，CAN 采用了發(fā)送/監(jiān)聽的位錯(cuò)誤檢測(cè)、幀數(shù) 據(jù)的 CRC 校驗(yàn)、位填充技術(shù)（每 5 位相同極性的連續(xù)位，插入一個(gè)補(bǔ)位） 、幀格式檢驗(yàn)等故障 檢測(cè)方法。這些措施使 CAN 具有識(shí)別全局錯(cuò)誤、發(fā)送端的局部錯(cuò)誤、一幀信息 中 5 個(gè)以內(nèi) 的隨機(jī)錯(cuò)誤、一幀信息中 15 個(gè)以內(nèi)的突發(fā)性錯(cuò)誤，以及一幀

14、中任何個(gè)奇數(shù)錯(cuò)誤的能力，使 CAN 錯(cuò)誤漏報(bào)率小于 4.710-11。 11)錯(cuò)誤信令與恢復(fù)時(shí)間：當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)，錯(cuò)誤信息被標(biāo)記并向網(wǎng)上發(fā)送，發(fā) 送過程自動(dòng)中止并重發(fā)。如果沒有新的錯(cuò)誤，從檢出錯(cuò)誤到開始重發(fā)的最大延時(shí)為 29 個(gè)位時(shí) 段。 12)故障界定（Confinement）：CAN 節(jié)點(diǎn)能區(qū)分瞬時(shí)擾動(dòng)引發(fā)的故障與永久性故障。 壞節(jié)點(diǎn)將被關(guān)閉。 13)CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量：理論上 CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)量限制，實(shí)際應(yīng)用中受限于 總線上的信號(hào)傳輸延時(shí)和電氣負(fù)載能力。 14)同步：CAN 節(jié)點(diǎn)間采用單串行線連接，數(shù)據(jù)和同步信號(hào)都由這個(gè)通道承擔(dān)。信息 發(fā)送時(shí)有起始同步信號(hào)，傳輸過程中接收

15、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再同步。 15)總線狀態(tài)：總線有“顯性”和“隱性”兩個(gè)狀態(tài)，總線上有一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送 “顯性”位時(shí)總線處于“顯性”狀態(tài)。例如采用線與邏輯， “顯性”狀態(tài)為邏輯“0”電平， “隱性”狀態(tài)為邏輯“1” 電平。但 CAN 協(xié)議并沒有具體定義這兩種狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)規(guī)范。 16)應(yīng)答：所有接收節(jié)點(diǎn)對(duì)正確接收的信息給出應(yīng)答，對(duì)不一致的信息進(jìn)行標(biāo)記。 17)休眠態(tài)與喚醒：為了降低功耗，CAN 設(shè)備可以被置于休眠狀態(tài)，這時(shí)它沒有任何 內(nèi)部活動(dòng)并與總線驅(qū)動(dòng)斷開。休眠態(tài)的設(shè)備可以被內(nèi)部或總線事件喚醒。一旦被喚醒，內(nèi)部 功能啟動(dòng)，傳輸層要直到與總線同步（檢測(cè)到 11 個(gè)連續(xù)的隱性位）后才參與總線活動(dòng)。 18)發(fā)

16、送端與接收端：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)一個(gè)信息的發(fā)送過程，它稱為發(fā)送端，這個(gè)狀 態(tài)直到總線空閑或這個(gè)節(jié)點(diǎn)喪失仲裁為止；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)不是發(fā)送端，而且總線不是空閑狀態(tài)， 則為接收端。 19)信息有效性：對(duì)于發(fā)送端，如果直到發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)的終止域都沒有出錯(cuò)，這幀 數(shù)據(jù)是有效的；對(duì)于接收端，在一幀數(shù)據(jù)最后一位之前沒有錯(cuò)誤，則認(rèn)為這幀數(shù)據(jù)有效。 20)位流編碼：一個(gè)幀中，起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域和 CRC 域的二進(jìn)制位流 通過位填充方式編碼，每當(dāng)發(fā)送端檢測(cè)到連續(xù)的 5 個(gè)相同位時(shí)自動(dòng)插入一個(gè)補(bǔ)位。而一幀中 其它的域不使用填充位。故障幀和超載幀也不使用填充位。二進(jìn)制位采用非歸零(NRZ)編碼， 所以位電平不是“

17、顯性”就是“隱性” 。 一一一 CAN 總線總線物理物理層層 一、一、CANCAN 物理層特點(diǎn)物理層特點(diǎn) 物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點(diǎn)間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特 性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a/解碼、定時(shí)以及同步的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。Bosch CAN 基本沒有對(duì)物理層進(jìn)行定 義，但基于 CAN 的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理層進(jìn)行了定義。設(shè)計(jì)一個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，物理層有很大的選 擇余地，但必須保證 CAN 協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即，出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)有高優(yōu) 先權(quán)標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)獲取仲裁的原則；所以要求物理層必須支持 CAN 中隱性位和顯性位的狀態(tài) 特征。在沒有節(jié)點(diǎn)發(fā)顯性位時(shí)總線處于隱性狀態(tài)，總線

18、空閑時(shí)處于隱性狀態(tài)，在有一個(gè)或幾 個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性位時(shí)，則覆蓋隱性狀態(tài)，使總線處于顯性狀態(tài)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，物理層主要 取決于傳輸速率的要求。從物理結(jié)構(gòu)上看，一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成如圖 2-2。 在 CAN 網(wǎng)絡(luò)中物理層從功能上又可以分為三層，如圖 2-3 所示。 CAN 物理層中，PLS(Physical Signaling)子層的功能主要由 CAN 控制器芯片完成， 節(jié)點(diǎn)微控制器 CAN-L CAN 控制器 CAN 發(fā)送/接收器 控制線地址線數(shù)據(jù)線 CAN-H 圖 2-2 CAN 總線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成 TXRXVref PMA(Physical Medium Attachment)子層的功能主要由

19、CAN 發(fā)送器/接收器電路完成， MDI(Medium Dependent Interface)子層主要定義了電纜和連接器的特性。目前，很多支持 CAN 的微控制器內(nèi)部嵌入了 CAN 控制器和發(fā)送/接收電路。PMA 和 MDI 兩層有很多不同的國(guó)際 或國(guó)家或行業(yè)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，也可以自行定義，目前比較流行的是 ISO11898 定義的高速 CAN 發(fā) 送/接收器標(biāo)準(zhǔn)。 二、二、PLSPLS 層層 1、編碼/解碼 CAN 總線使用非歸零制編碼方式，它在傳送連續(xù)同極性位時(shí)，接收端沒有可用于再同步 的信號(hào)沿，所以 CAN 協(xié)議中規(guī)定發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用位填充，即，在發(fā)送時(shí)，最多可以有 5 個(gè)連 續(xù)的同極性位，

20、如圖 2-4,如果要發(fā)送的位流中有 5 個(gè)或以上同極性位時(shí)，每發(fā)送 5 個(gè)同極性 位則填充一個(gè)補(bǔ)位，其中“r”表示隱性位， “d”表示顯性位. 由于采用位填充，實(shí)際線路的傳輸效率可能會(huì)降低，圖 2-5 是最壞的情況，這時(shí)，每 發(fā)送 N 位，最多可能插入（N-1）/4 個(gè)填充位。 在接收端填充位被剔除。 圖2-3 CAN物理層的功 能 物物理理信信號(hào)號(hào)層層（ PLS） 位編碼 /解碼 位定時(shí) 同步 介介質(zhì)質(zhì)接接口口層層（ MDI） 電纜 /連接器 物物理理介介質(zhì)質(zhì)附附件件層層（PMA） 發(fā)送 /接收器特性 2、位定時(shí)與節(jié)點(diǎn)間的同步 如圖 2-6，一個(gè)位的傳輸時(shí)間分為 4 個(gè)時(shí)間段。CAN 中所有

21、時(shí)間都是以所謂的時(shí)間基準(zhǔn) 單元(TQ, Time Quantum)為單位，它由 CAN 節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率通過一個(gè)可編程的分頻器后得到， 這部分功能在 CAN 控制器中完成。信號(hào)從發(fā)送到接收端的路徑和延時(shí)如圖 2-7,一個(gè)位的時(shí)間 關(guān)系是在發(fā)送時(shí)確定的，當(dāng)信號(hào)通過物理電路到達(dá)接收端時(shí)，由于接收節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上的位置 不同、延時(shí)不同以及各自使用獨(dú)立時(shí)鐘等原因，要保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，需要一個(gè)再同步 (Resynchronization) 處理。 圖圖2-5 填填充充位位最最多多的的情情 況況 原始序列： 加入填充位的序列： 標(biāo)準(zhǔn)格式中，一楨數(shù)據(jù)填充位最多時(shí)為： ddddd rrrr dddd rr dddd

22、d r rrrr d dddd r rr. 填充位 填充位 填充位 s-max=(34+8dlc-1) / 4=8+2dlc rdrrrrrrdrdddddr rdrrrrrDrdrdddddRr rdrrrrrrdrdddddr 發(fā)送時(shí)加入填 充位 接收時(shí)去除填 充位 圖圖 2-4 位填充規(guī)則位填充規(guī)則 信號(hào)傳輸總的時(shí)間延遲 Tp包括 CAN 控制器延時(shí) TC（約 40140ns） 、發(fā)送/接收器延時(shí) Tt（大約 120250ns）和電纜延時(shí) Tl (大約 5ns)，如果使用耦合器（隔離器）還要包括這部 分的延時(shí)，光電耦合器延時(shí) To（Opto-coupler）大約為 40-140ns。由于

23、存在應(yīng)答過程，實(shí) 際延時(shí)應(yīng)當(dāng)是這些延時(shí)總和的兩倍: Tp = 2(TC + Tt + Tl + To ) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證這些延時(shí)小于位傳輸時(shí)的 PROG-SEG 段的時(shí)間長(zhǎng)度。 由于上述原因，不同節(jié)點(diǎn)上的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生相位移（信號(hào)沿時(shí)刻不同） ，CAN 控制器再同 步就是用于補(bǔ)償這個(gè)相位差。如圖 2-8，如果一個(gè)信號(hào)沿應(yīng)當(dāng)在 SYNC-SEG 出現(xiàn)，在低速（與 接收端比較）發(fā)送器情況，也就是這個(gè)沿在 PROG-SEG 段才被檢測(cè)到，那么，接收端會(huì)把 PHASE-SEG1 段增加一個(gè)最大的再同步調(diào)節(jié)寬度（RJW, Resynchronization Jump Width） 。 圖圖 2-7 信號(hào)傳輸

24、過程信號(hào)傳輸過程 信 號(hào) 的 硬 同 步 傳 輸 發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收節(jié)點(diǎn) 光 耦光耦光 耦光 耦 發(fā)送/接收器發(fā)送/接收器 信 號(hào) 的 軟 同 步 傳 輸 同步段傳播段周期 1 段周期 2 段 SYNC-SEGPROP-SEGPHASE-SEG1PHASE-SEG2 一個(gè)位時(shí)間 圖圖 2-6 位時(shí)間的結(jié)構(gòu)位時(shí)間的結(jié)構(gòu) 在高速發(fā)送器情況，如圖 2-9,這個(gè)沿在 PHASE-SEG2 之前就檢測(cè)到了，這時(shí)接收端會(huì)把 PHSAE-SEG2 減小一個(gè)最大 RJW。 在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)只允許有一次再同步操作。 三、發(fā)送三、發(fā)送/ /接收器接收器 Bosch CAN 沒有發(fā)送/接收器以及以下各層的標(biāo)準(zhǔn)，ISO 標(biāo)準(zhǔn)

25、中對(duì)發(fā)送/接收器制定了相 應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)送/接受器在兩條線的 CAN 網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信號(hào)時(shí)，一條線稱為 CAN-HIGH，另一條稱 為 CAN-LOW，兩條線上是差動(dòng)信號(hào)，具體電平和特性取決于適用的標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)規(guī)范。 1、ISO11898-2 圖圖 2-9 再同步情況再同步情況 2 輸入信號(hào) 標(biāo)稱采樣點(diǎn) 實(shí)際采樣 點(diǎn) SYNC-SEG PROP-SEG+ PHASE-SEG1 PHASE-SEG2+RJW PHASE-SEG2SYNC-SEG PROP-SEG+ PHASE-SEG1 PHASE-SEG2 圖圖 2-8 再同步情況再同步情況 1 輸入信號(hào) 標(biāo)稱采樣點(diǎn) 實(shí)際采樣 點(diǎn) SYNC-SEGPRO

26、P-SEG+PHASE-SEG1PHASE-SEG2 SYNC-SEGPROP-SEG+PHASE-SEG1 + RJWPHASE-SEG2 一個(gè)適用于 ISO11898-2 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2-10，發(fā)送/接收器與總線通過兩條線（CAN- HIGH，CAN-LOW）連接，總線兩端有 120 歐姆的吸收電阻。 一個(gè) ISO11898-2 兼容的總線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖 2-11，CAN 控制器可以嵌入到微控制器中， 它通過串行口與 CAN 發(fā)送/接收器電路連接。參考電壓 Vref為 0.5Vcc ,發(fā)送/接收器使用+5 伏電源 Vcc 。發(fā)送/接收器在輸入狀態(tài)時(shí)，通過輸入電阻上的電流狀態(tài)檢測(cè)總線，當(dāng)總

27、線為顯 性狀態(tài)時(shí)，有電流流過電阻，在總線為隱性狀態(tài)時(shí)，沒有電流流過電阻；輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸出 顯性位時(shí)打開驅(qū)動(dòng)三極管，驅(qū)動(dòng)總線上的接受節(jié)點(diǎn)，輸出隱性位時(shí)驅(qū)動(dòng)三極管關(guān)斷。 總線上的接收節(jié)點(diǎn)，在 CAN-HIGH 與 CAN-LOW 的差值小于 0.5 伏時(shí)，認(rèn)為總線是隱性狀 圖圖 2-10 ISO11898-2 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) CAN 總線 節(jié)點(diǎn) 1節(jié)點(diǎn) n . 120120 節(jié)點(diǎn)微控制器 CAN-L CAN 控制器 CAN 發(fā)送/接收器 TXRXVref CAN-H 圖圖 2-11 ISO11898-2節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)構(gòu)構(gòu)成成 態(tài)；如果 CAN-HIGH 與 CAN-LOW 的差值大于 0.9 伏，認(rèn)為

28、是顯性狀態(tài)，圖 2-12 是總線狀態(tài)的 一個(gè)例子。一般 CAN-HIGH 的標(biāo)稱取值(單位：V)有 2.0、2.5、2.75、3.0、3.5、4.5，CAN- LOW 對(duì)應(yīng)的取值(單位：V)為 0.5、1.5、2.0、2.25、2.5、3.0。 如圖 2-13，由 CAN 控制器到發(fā)送/接收器的信息是通過有向信號(hào)傳輸?shù)?通過 TX 和 RX 連接)，而發(fā)送/接收器通過總線傳輸?shù)氖菬o(wú)向信號(hào)（通過 CAN-H 和 CAN-L 連接） 。發(fā)送/接收 器在發(fā)送時(shí)同時(shí)監(jiān)測(cè)總線狀態(tài)并返回給 CAN 控制器，但有延時(shí)。 由于采用差動(dòng)方式，CAN 總線對(duì)電磁干擾不敏感；如圖 2-14，因?yàn)?CAN-H 和 C

29、AN-L 絞 在一起，同樣的干擾在兩條線上產(chǎn)生的影響相同，互相抵消，使差值保持不變。 2、SAE J2284 SAE 推薦了一個(gè)用于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制器連接的標(biāo)準(zhǔn) SAE J2284，其特性如下： 發(fā)送 /接收器 0V 5V 0V RX TX 5V 2.5V 顯性 隱性 顯性 CAN-H CAN-L 圖圖 2-13 顯性與隱性狀態(tài)顯性與隱性狀態(tài) 圖圖 2-12 顯性與隱性狀態(tài)顯性與隱性狀態(tài) 5V 3.5V 2.5V 1.5V 0V 電 壓 顯性位 隱性位 隱性位 時(shí) 間 CAN-H CAN-L 1)支持 CAN2.0B 兼容的 CAN 控制器。 2)標(biāo)準(zhǔn) 11 位標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度。 3)與 ISO11

30、898 發(fā)送/接收器兼容。 4)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為 16 個(gè) ECU。 5)最高傳輸速率 500K Bits-1。 6)總線采用非屏蔽雙絞線。 7)最大樁線長(zhǎng)度(Stub Length)為 1m。 8)最小 ECU 間距離為 0.1m，最大 ECU 間距離為 40m。 SAE J2284 位定時(shí)參數(shù)如表 2-1。 表表 2-12-1 SAEJ2284SAEJ2284 位定時(shí)位定時(shí) 參數(shù)最小值/ns常值/ns最大值/ns 標(biāo)稱位時(shí)間 199020002010 媒體延時(shí) 0220 ECU延時(shí) 100390 時(shí)間基準(zhǔn)單位 200 3、ISO 11992 ISO 11992 是對(duì)總線故障具有容錯(cuò)能力的發(fā)送/

31、接收器標(biāo)準(zhǔn)之一。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最初是為卡 圖圖 2-14 有電磁干擾時(shí)的情況有電磁干擾時(shí)的情況 CAN 總線 Vdiff =常 量 電 壓 時(shí)間 電磁干擾（EMI） 120120 CAN-H CAN-L Vdiff 車或大客車設(shè)計(jì)的，具有很高的抗高頻輻射干擾和地電平漂移（可達(dá) 6V）的能力；缺點(diǎn)是需 要附加一些電路和額外的功耗。其顯性位 CAN-H 為 18V、CAN-L 為 9V；隱性位 CAN-H 為 9V、CAN-L 為 18V。圖 2-15 為 ISO11992 的總線電平說明。 圖 2-16 是一個(gè)有容錯(cuò)能力發(fā)送/接收器結(jié)構(gòu)。它提供差動(dòng)發(fā)送能力，但當(dāng)有故障發(fā)生 時(shí)它可以切換為一個(gè)單線發(fā)送或

32、接收器。在設(shè)計(jì)適應(yīng)的故障情況,所有節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)通訊，但 信/噪比降低。一旦故障解除，它會(huì)自動(dòng)恢復(fù)差動(dòng)傳輸。它最早由 Daimler-Benz 與另外一些 乘用車和卡車公司提出，這個(gè)方案將成為 ISO11898-3?？偩€上信號(hào)的電平定義如圖 2-17,其 顯性位 CAN-H 為 3.6 伏、CAN-L 為 1.4 伏，隱性位 CAN-H 為 0 伏、CAN-L 為 5 伏。適用這一 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送/接收器如表 2-2. 發(fā)送 /接收器 0V 5V 0V RX TX 5V CAN-H CAN-L 圖圖 2-15 ISO11992 總線電平總線電平 表表 2-22-2 容錯(cuò)發(fā)送接收器容錯(cuò)發(fā)送接收器 控制

33、器類型 MotorolaPhilipsSiemensST Micro 獨(dú)立發(fā)送接收器 MC33388TJA1054TEL6252 嵌入式發(fā)送接收器 MC33389TJA1060TEL6260U435 另外，ISO-TC22-SC3-WG1 也是一個(gè)具有容錯(cuò)能力的發(fā)送/接收器標(biāo)準(zhǔn)，它主要用于車身 網(wǎng)絡(luò)。 四、總線及連接器四、總線及連接器 節(jié)點(diǎn)微控制器 C A N - L CAN 控制器 CAN 發(fā)送/接收器 TXRX Vref C A N - H 圖圖 2-16 容錯(cuò)發(fā)送容錯(cuò)發(fā)送/接受器接受器 RTHRTL 控制 發(fā)送/接收器 0V 5V 0V RX TX 5V CAN-H CAN-L 圖圖 2

34、-17 容錯(cuò)信號(hào)電平容錯(cuò)信號(hào)電平 不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接總線和連接器可能有特定的要求，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如果選 用的網(wǎng)絡(luò)有自己的總線和連接器標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)適應(yīng)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。Bosch CAN 對(duì)總線電纜和連接器 沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，ISO 或其它一些標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)總線電纜和連接器制定了一些標(biāo)準(zhǔn)。ISO11898 規(guī)定 總線電纜應(yīng)為阻抗 120 歐姆的屏蔽或非屏蔽雙絞線，標(biāo)稱線延遲 5nsm-1，總線兩端各接一 個(gè) 120 歐姆的電阻。線延長(zhǎng)電阻（Length-Related Resistance）為 70m-1。在這樣的特 性支持下，網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到 1Mbits-1的傳輸率。表 2-3 列出了適用 ISO11898-2

35、 標(biāo)準(zhǔn)的總線電 纜的直流參數(shù)。 表表 2-32-3 適應(yīng)適應(yīng) ISO11898-2ISO11898-2 的電纜直流參數(shù)的電纜直流參數(shù) 電纜 總線長(zhǎng)度/ m 線電阻/(m- 1) 總線截面積/ mm2 端點(diǎn)電阻/ 最大波特率/( Kbits-1) 04070 0.250.34 AWG23,AWG22 124 1000 (總線長(zhǎng)度 40m) 4030060 0.340.60 AWG22,AWG20 127 500 (總線長(zhǎng)度 100m) 30060040 0.500.60 AWG20 150300 100 (總線長(zhǎng)度 500m) 600100026 0.750.80 AWG18 150300 50

36、 (總線長(zhǎng)度 1km) 為了減小電纜線上的衰減，端點(diǎn)電阻應(yīng)適當(dāng)大于 ISO11898-2 的標(biāo)準(zhǔn)值。在設(shè)計(jì)中還必 需考慮連接器的參數(shù)；在計(jì)算線路上的電壓降時(shí)，可按每使用一個(gè)類似 9 針 D 型插頭的節(jié)點(diǎn)， 大約引入 520 歐姆的傳輸電阻計(jì)算。連接 CAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，電纜線的線徑也是應(yīng)當(dāng)考慮的參數(shù)。 表 2-4 是在： 1)32 個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí) RW21 歐姆, 2)64 個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí) RW18.5 歐姆, 3)100 個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí) RW0； 3)如果跳變沿在采樣點(diǎn)之后，S0，PHASE-SEG1 加長(zhǎng) RJW； 2)如果 S2tB tB 為位 時(shí)間 時(shí)間 圖圖 2-43 外部?jī)?yōu)先級(jí)倒置外部?jī)?yōu)先級(jí)倒置 發(fā)送請(qǐng)

37、求 節(jié)點(diǎn) A 節(jié)點(diǎn)B 低優(yōu)先級(jí)信息 高優(yōu)先級(jí)信息高優(yōu)先級(jí)信息 高優(yōu)先級(jí)信息低優(yōu)先級(jí)信息高優(yōu)先級(jí)信息 楨間間隔 低優(yōu)先級(jí)信息的發(fā)送，而使高優(yōu)先級(jí)的信息被阻。為了避免出現(xiàn)外部?jī)?yōu)先級(jí)倒置現(xiàn)象，CAN 節(jié)點(diǎn)在發(fā)送連續(xù)的信息幀時(shí)應(yīng)盡量縮短內(nèi)部處理時(shí)間，使幀間的間隔保持最小的允許范圍。 為了易于處理這種被分割傳送的數(shù)據(jù)塊，一些 CAN 控制器支持一種緩沖寄存器的分組 結(jié)構(gòu)。在緩沖寄存器存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，具有相同或連續(xù)標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)分為一組，存放在連續(xù)的緩沖 寄存器單元中，每組數(shù)據(jù)的大小可以不同。 對(duì)于遠(yuǎn)程幀，各種 CAN 控制器的處理有些不同。使用接收緩沖寄存器或 FIFO 的 CAN 控制器的節(jié)點(diǎn)，由微控制器處理

38、遠(yuǎn)程幀的回復(fù)；使用標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)信息格式（Standard Message Storing）的 CAN 控制器自動(dòng)回復(fù)遠(yuǎn)程幀；使用高級(jí)存儲(chǔ)信息格式（Advanced Message Storing）的 CAN 控制器可以選擇自動(dòng)回復(fù)遠(yuǎn)程幀或由微控制器處理遠(yuǎn)程幀的回復(fù)。 對(duì)于數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）大于 8 的情況，CAN 控制器也有一些不同的處理方法。一種 常用的方法是傳送 8 字節(jié)數(shù)據(jù)和 DLC；即無(wú)論 DLC 是多少，數(shù)據(jù)域?yàn)?8 字節(jié)長(zhǎng)；另一種方 法是傳送 8 字節(jié)數(shù)據(jù)，DLC 強(qiáng)置為 8；還有一種處理方式是一旦檢測(cè)到非法 DLC（大于 8） 則拒絕傳送數(shù)據(jù)。在進(jìn)行 CAN 控制器選擇時(shí)要注意這些

39、區(qū)別。如果要使用 DLC 編碼大于 8 的幀傳輸特殊信息，要保證 CAN 控制器能夠傳送 DLC 大于 8 幀，并且不修改 DLC 的值。 四、四、CANCAN 信息接收過濾信息接收過濾 由于 CAN 使用廣播式信息發(fā)送，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)總線上的信息特征判斷是否接受，所以信 息過濾是 CAN 控制器的一個(gè)最基本功能。所謂過濾（Filter）就是判斷接收到的信息是否為 本節(jié)點(diǎn)感興趣的信息；是，則送入接收緩沖寄存器；否則，這個(gè)信息被濾掉。完成這個(gè)功能 的部件（軟件或硬件）稱為過濾器。為了減輕節(jié)點(diǎn)微控制器的負(fù)擔(dān)，幾乎所有的 CAN 控制 器都具有硬件接收過濾功能。 實(shí)現(xiàn)過濾器的方法很多。最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)接

40、收的信息幀標(biāo)識(shí)符域中感興趣的位進(jìn)行 按位匹配；這些位與給定的編碼完全匹配時(shí)接受信息，否則放棄這個(gè)信息?，F(xiàn)在很多 CAN 總線 控制器都使用可編程的多級(jí)接收過濾器；如圖 2-44，通過硬件編程，它可以提供更靈活的過 濾算法。 在所謂全 CAN（Full CAN）控制器中，還使用一種一對(duì)一的匹配過濾；如圖 2- 45，CAN 控制器對(duì)每一個(gè)接收緩沖寄存器設(shè)定一個(gè)標(biāo)識(shí)符匹配碼。在這種結(jié)構(gòu)中一般有一兩 個(gè)接收緩沖寄存器可以接受任何標(biāo)識(shí)符域是任何值的信息，稱為基本 CAN 選項(xiàng)（Basic CAN Option） ，它可以支持軟件過濾策略。 圖圖 2-44 多級(jí)接收過濾多級(jí)接收過濾 接收標(biāo)識(shí)符 11位或

41、29位標(biāo)識(shí)符 RTR 雙過濾器模式 2x32 8過濾屏蔽 碼 四過濾器模式 4x16 八過濾器模式 8x8 屏蔽碼 1接收信息 1 屏蔽碼 2接收信息 2 屏蔽碼 3接收信息 3 無(wú)屏蔽任何接收信息 圖圖 2-45 一對(duì)一匹配過濾一對(duì)一匹配過濾 第五節(jié)第五節(jié)典型典型 CAN 元器件元器件 一、典型 CAN 接口及與 CPU 的連接 1、CAN 控制器控制器 Intel 82527 Intel 82527 是按照 CAN 協(xié)議實(shí)現(xiàn)串行通訊的控制器，它可由硬件實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送、信息 接收、接收信息過濾、發(fā)送搜索、中斷邏輯等功能。由于總線通信功能主要由硬件完成，大 大降低了 CAN 節(jié)點(diǎn)主機(jī)的通信處理負(fù)

42、擔(dān)。Intel82527 支持 CAN 2.0A, 2.0B 標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)送/ 接收標(biāo)準(zhǔn)格式信息和擴(kuò)展格式的信息，是比較典型的獨(dú)立 CAN 控制器。Intel82527 的功能和 引腳兼容 Intel82526 CAN 控制器。 Intel82527 的基本功能： 在構(gòu)成 CAN 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，Intel82527 被用作節(jié)點(diǎn)主控制器實(shí)現(xiàn)通信功能的一個(gè)接口，并 通過發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器連到 CAN 總線上。 Intel82527 具有以下基本功能和特性： 1)支持 CAN2.0 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，包括標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式； 2)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式標(biāo)識(shí)符的可編程全局接收過濾屏蔽； 3)具有 15 個(gè) 8 位

43、信息對(duì)象緩存模塊，其中，14 個(gè)為發(fā)送/接收緩沖存儲(chǔ)器，1 個(gè) 屏蔽碼可編程的接收緩沖存儲(chǔ)器； 4)具有多種 CPU 接口模式，包括 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用模式、16 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用模 式、8 位同步非復(fù)用模式、8 位異步非復(fù)用模式和串行接口模式（SPI） ； 5)傳輸速率可編程； 6)時(shí)鐘輸出可編程； 7)靈活的中斷結(jié)構(gòu)； 8)靈活的狀態(tài)接口； 9)可編程的輸出比較器； 10) 2 個(gè) 8 位雙向 I/O 接口； 11) PLCC44 或 QFP44 封裝； 12) 引腳與 Intel82526 兼容（引腳 9、30、44 有所不同，這些腳在 Intel82526 中用 作片選，在 Inte

44、l82527 用作接口） ； 13) 使用環(huán)境溫度：-40125 度。 當(dāng)使用獨(dú)立 CAN 控制器及總線驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成 CAN 節(jié)點(diǎn)時(shí)，必須適當(dāng)?shù)倪B接 CAN 控制器、 總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器和節(jié)點(diǎn)單元的微控制器（或 CPU） 。CAN 控制器必須能與節(jié)點(diǎn)微控制器 匹配。對(duì)于可以適應(yīng)多種類型微控制器的 CAN 控制器，要正確設(shè)定 CAN 控制器的 CPU 連 接模式。對(duì)于使用外部數(shù)據(jù)、地址總線的連接，除了模式選擇外，硬件上主要是復(fù)位信號(hào)、 中斷請(qǐng)求、時(shí)鐘、電源、地址/數(shù)據(jù)線和狀態(tài)控制線的連接以及電平和時(shí)序的兼容。 圖 2-46 是 M68HC11 與 Intel82527 的一種典型連接，Intel

45、82527 的 CS 可以有別的連法， 但對(duì)應(yīng)的接口地址不同。由于微控制器 M68HC11 屬于非 Intel 的八位微控制器，與 Intel82527 連接時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用非 Intel 八位地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用模式。模式和邏輯連接應(yīng)滿足： 1)Intel82527 應(yīng)當(dāng)工作在模式 2； 2)Intel82527 與 M68HC11 的 AS、R/W、E、AD7-AD0 應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)連接； 3)Intel82527 的 INT 腳應(yīng)當(dāng)與 M68HC11 的 IRQ 腳連接； 4)Intel82527 的 RESET 應(yīng)當(dāng)與 M68HC11 的復(fù)位電路相連或連到它的一個(gè)接口引 腳上； 5)Intel82

46、527 的 CS 由 68HC11 高位地址線譯碼得到； 6)在設(shè)計(jì)中還必須考慮時(shí)序關(guān)系； 7)當(dāng)總線頻率高于 1.43MHz，對(duì)于低速的寄存器要進(jìn)行雙讀，Intel82527 中除寄 存器 02H、04H 和 05H 外都屬于低速存儲(chǔ)器； 8)在模式 2 時(shí),Intel82527 的 tAVSL和 tCLSL 分別是 7.5ns 和 20ns； 9)復(fù)位時(shí)，Intel82527 的 RESET 腳有效電平必須持續(xù) 1ms 以上； 10) 由于 Intel82527 模式 2 隱含設(shè)置 MCLK=SCLK/2，所以復(fù)位后應(yīng)當(dāng)從新設(shè)置為 MCLK=SCLK，M68HC11 進(jìn)行讀寫時(shí)使用 MCL

47、K 為時(shí)鐘。 要使用 CAN 總線，在應(yīng)用系統(tǒng)的軟件中應(yīng)當(dāng)正確初始化 CAN 控制器和設(shè)計(jì)應(yīng)用層的通 信協(xié)議。 圖 2-47 和圖 2-48 是兩種典型的 Intel82527 與 MCS51 的連接。圖 2-47 的方案中，兩個(gè)芯 片各自使用獨(dú)立的時(shí)鐘；如果 Intel82527 使用 16MHz 的時(shí)鐘，應(yīng)設(shè)置 SCLK=XTAL/2；如果 使用 8MHz 的時(shí)鐘，應(yīng)設(shè)置 SCLK=XTAL。在圖 2-48 的方案中，MCS51 的時(shí)鐘由 Intel82527 圖圖2-46 M68HC11與與82527的的連連 接接 的 CLOCKOUT 提供，Intel82527 的 CLOCKOUT

48、的默認(rèn)頻率值為 XTAL。 MCS51 與 Intel82527 相連構(gòu)成 CAN 節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)遵循以下原則： 1)Intel82527 應(yīng)當(dāng)工作在模式 0； 2)Intel82527 與 MCS51 的同名引腳 ALE、WR、RD、AD7-AD0 分別相連； 3)Intel82527 的 INT 腳與 MCS51 外中斷輸入引腳（如 INT0）相連； 4)Intel82527 的 RESET 腳與 MCS51 的一個(gè)接口引腳相連，或通過 RC 電路產(chǎn)生 復(fù)位信號(hào)； 5)Intel82527 的 CS 與 MCS51 高位地址線直接或通過譯碼器相連； 6)訪問低速存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)當(dāng)雙讀； 7)Intel

49、82527 的地址信號(hào)至少要比 CS 信號(hào)提前 12.5ns 有效，CS 信號(hào)比 ALE 信號(hào) 要提前 10ns； 8)Intel82527 RESET 信號(hào)在電源有效后，至少應(yīng)再保持低電平 1ms； 9)Intel82527 的 MCLK 設(shè)置為 MCLK=SCLK。 圖圖 2-47 MCS51與與Intel82527連連接接方方案案一一 2、CAN 總線總線控制器控制器 SJA1000 SJA1000 是 Philips 公司生產(chǎn)的適合汽車環(huán)境和一般工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境的獨(dú)立 CAN 控制器， 是 PCA82C200（Philips 公司早期生產(chǎn)的一種支持基本 CAN 的獨(dú)立控制器芯片）的換代產(chǎn)品

50、； 它的軟件和硬件與 PCA82C200 兼容。SJA1000 支持 CAN2.0B，而且具有一些新的特性，應(yīng) 用非常廣泛，是比較典型的獨(dú)立 CAN 控制器。 SJA1000 有兩種操作模式：基本 CAN 模式（與 PCA82C200 完全兼容） ，和具有很多擴(kuò) 展功能的 Peli CAN 模式。SJA1000 具有以下基本特點(diǎn)： 1) 引腳與獨(dú)立 CAN 控制器 PCA82C200 兼容； 2) 電氣指標(biāo)兼容 PCA82C200； 3) 具有與 PCA82C200 兼容的軟件模式； 4) 擴(kuò)展了的接收緩沖器（64 字節(jié)的 FIFO） ； 5) 支持 CAN2.0B 標(biāo)準(zhǔn)； 6) 支持 11

51、位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符格式和 29 位擴(kuò)展的標(biāo)識(shí)符格式； 7) 傳輸速率可達(dá) 1Mbps； 8) PeliCAN 模式功能擴(kuò)展： 可以讀寫故障計(jì)數(shù)器， 可編程設(shè)置故障告警錯(cuò)誤計(jì)數(shù)上限， 最新故障碼登記， 每一個(gè) CAN 總線錯(cuò)誤都可觸發(fā)中斷， 具有位置描述（在哪一位上喪失仲裁）的仲裁喪失 中斷， 具有非重發(fā)發(fā)送方式， 具有只聽模式（Listen Mode，只監(jiān)聽總線，不作 響應(yīng)） ， 支持熱接插（軟件驅(qū)動(dòng)的位速率檢測(cè)）功能， 擴(kuò)展的接收過濾（4 字節(jié)編碼，4 字節(jié)屏蔽碼） ， 具有接收自身發(fā)送的信息功能； 9)24MHz 時(shí)鐘頻率； 10) 支持多種微控制器接口模式； 11) CAN 輸出驅(qū)動(dòng)配置可編程

52、； 適應(yīng)汽車使用環(huán)境溫度：-40125 度。 具體芯片引腳排列與方案如圖 2-49 和圖 2-50 所示。 圖圖 2-502-50 8 89 9C C5 51 1與與S SJ JA A1 10 00 00 0連連接接方方案案 圖 2-49 SJA1000 管腳圖 二、二、CANCAN 總線發(fā)送總線發(fā)送/ /接收驅(qū)動(dòng)器接收驅(qū)動(dòng)器 1、 、CAN 總線發(fā)總線發(fā)送送/接收接收驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器器BOSCH CF150C 總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器（Transceiver）實(shí)現(xiàn)總線控制器與總線之間的接口功能，完成信號(hào) 形式的轉(zhuǎn)換和總線驅(qū)動(dòng)功能。設(shè)計(jì) CAN 節(jié)點(diǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)功能有兩種形式， 一個(gè)是選用

53、帶有總線驅(qū)動(dòng)功能的總線控制器；另一個(gè)是使用獨(dú)立的總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器。表 2-7 是 Bosch 的 CF150C 系列 CAN 總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，其中 CF150C 是最基礎(chǔ)的器件。 CF150C 是雙向 CAN 發(fā)送/接收器，它支持最高 5000kbps 的傳輸速度。CF150C 的基本 特性如下： 1)與 ISO/DIS11898 標(biāo)準(zhǔn)兼容； 2)差動(dòng)輸出； 3)發(fā)送電路具有-5V+36V 的短路保護(hù)，有自動(dòng)檢測(cè)和關(guān)斷功能； 4)具有降低射頻和電磁干擾的能力； 5)有 500Kbps 和 250Kbps 兩種可調(diào)節(jié)的信號(hào)跳變沿斜率控制（Slope Control） ； 6)具有高

54、抗干擾的差動(dòng)輸入能力； 7)共模輸入電壓范圍：-5V+12V。 表表 2-7 BOSCH CAN 總線發(fā)送總線發(fā)送/接收器產(chǎn)品接收器產(chǎn)品 型 號(hào) 性能 CF105CCF151CF160CF161 CF173/CF1 75 滿足 ISO11898 是是是是是 保護(hù)功能 -5-+36V 短路保護(hù) -5-+36V 短路保護(hù) 過熱保護(hù)過熱保護(hù)短路保護(hù) 圖圖 5-3 基于基于 CF150C 的的 CAN 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng) N 系統(tǒng) M 供電電壓/ V 555 微控制器 3；總線 5 微控制器 3；總線 5 環(huán)境溫度/ OC -40110-40-125-40-125-40-125-40-125 型 號(hào) 性能

55、 CF105CCF151CF160CF161 CF173/CF1 75 封裝SOIC8SOIC8SOIC8SOIC8SOIC8 兼容/ 完全兼 容 CF150C 引腳 1- 4，6，7 與 CF150C 兼容 引腳 1- 4，6，7 與 CF150C 兼容 （2002 年 9 月推出產(chǎn)品） 其它功能 有高/低 速模式 有高/低 速模式 有復(fù)位功 能、改進(jìn)的 EMC 性能、只 有高速模式、 無(wú)外部線圈 無(wú)復(fù)位功 能、改進(jìn)的 EMC 性能、只 有高速模式、 無(wú)外部線圈 只有高速 模式、支持 42V 電源、喚 醒功能、杰出 的 EMC 性能 圖 2-49 為利用 CF150C 作總線接口器件構(gòu)成 C

56、AN 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。 表 2-8 是一些較常用的 CAN 總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器。 表表 2-8 總線發(fā)送總線發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器接收驅(qū)動(dòng)器 生產(chǎn) 商 系列性能 PhilipsAU5790D 單線 CAN 發(fā)送/接收器；用于車上網(wǎng)絡(luò)的 CAN 控制器與單線總線 的接口；高速傳輸模式 83 kbps ；低射頻干擾（RFI） ；汽車環(huán)境下的短 路保護(hù)功能；地懸?。╨oss of ground）保護(hù)功能；過熱保護(hù)功能；支持 網(wǎng)絡(luò)低功耗狀態(tài)下的通信功能。 PhilipsPCA82C250 主要用于車上高速 CAN 網(wǎng)絡(luò)的控制器與總線間的接口。與 ISO/DIS 11898 兼容；傳輸速率 1Mbps；具有抗

57、汽車環(huán)境下瞬態(tài)干擾和 總線保護(hù)能力；具有降低射頻干擾（RFI）的信號(hào)變化率調(diào)節(jié)功能；過 熱保護(hù)功能；低電流待機(jī)模式；斷電時(shí)不影響總線狀態(tài)；可連接 110 個(gè) 節(jié)點(diǎn)。 PhilipsPCA82C251 主要用于卡車和客車上的 CAN 控制器與總線間的接口。差動(dòng)發(fā)送/ 接收信號(hào)；1Mbps 傳輸速率；適應(yīng) 24V 系統(tǒng)，與 ISO 11898-24 V 完全 兼容；具有降低射頻干擾（RFI）的信號(hào)變化率調(diào)節(jié)功能；過熱保護(hù)功 能；對(duì) 24V 的地及電源短路保護(hù)功能；低電流待機(jī)模式；斷電時(shí)不影 響總線狀態(tài)；可連接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)；高的抗電磁干擾能力。 PhilipsPCA82C252 具有容錯(cuò)功能的

58、CAN 發(fā)送/接收器。主要用于乘用客車上的低速 CAN 網(wǎng)絡(luò)中控制器與總線間的接口。差動(dòng)發(fā)送信號(hào)，當(dāng)有故障時(shí)自動(dòng) 轉(zhuǎn)入單線發(fā)送或接收方式，故障消除后自動(dòng)恢復(fù)差動(dòng)傳輸； 125 kbps 傳輸速率；具有降低射頻干擾（RFI）的信號(hào)變化率調(diào)節(jié)功能；總線故 障管理功能；過熱保護(hù)功能；對(duì) 12V 的地及電源短路保護(hù)功能；低電 流待機(jī)模式；斷電時(shí)不影響總線狀態(tài)；可連接 15 個(gè)節(jié)點(diǎn)；可以使用非 屏蔽電纜；支持低功耗模式，和休眠及喚醒工作模式；高的抗電磁干擾 能力。 PhilipsTJA1050 高速 CAN 發(fā)送/接收器 PCA82C250 的換代產(chǎn)品。與 ISO 11898 完 全兼容；1Mbps 傳

59、輸速率；極低的電磁發(fā)射（EME） ；具有高抵抗共模 干擾的差動(dòng)接收電路；斷電時(shí)不影響總線狀態(tài)；具有發(fā)送禁止工作方式 和發(fā)送顯性位超時(shí)檢測(cè)功能；針對(duì)汽車環(huán)境的總線插件保護(hù)；輸入兼容 3.3 V 設(shè)備；過熱保護(hù)功能；對(duì)地及電源短路保護(hù)功能；可連接 110 個(gè) 節(jié)點(diǎn)。 PhilipsTJA1053 具有容錯(cuò)功能的 CAN 發(fā)送/接收器。基于 PCA82C252 的改進(jìn)產(chǎn)品。 主要用于乘用客車上的低速 CAN 網(wǎng)絡(luò)中控制器與總線間的接口。可連 接 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)；可以使用非屏蔽電纜；發(fā)送顯性位超時(shí)檢測(cè)功能；差動(dòng) 發(fā)送信號(hào)，當(dāng)有故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)入單線發(fā)送或接收方式，故障消除后自動(dòng) 恢復(fù)差動(dòng)傳輸； 125 kbps 傳輸速率；具有降低射頻干擾（RFI）的信號(hào) 變化率調(diào)節(jié)功能；總線故障管理功能；過熱保護(hù)功能；對(duì) 12V 的地及 電源短路保護(hù)功能；低電流待機(jī)模式；斷電時(shí)不影響總線狀態(tài)；支持低 功耗模式，和休眠及喚醒工作模式；高的抗電磁干擾能力；針對(duì)汽車環(huán) 境的總線保護(hù)。 （續(xù)） 生產(chǎn)商系列性能 PhilipsTJA1054 具有容錯(cuò)功能的 CAN 發(fā)送/接收