CAN協(xié)議規(guī)范解析

1、三一智能三一智能三一智能三一智能q CAN-bus簡介q ISO/OSI 7層模型q CAN-bus 相關概念三一智能三一智能三一智能三一智能CAN-bus簡介v控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network），最初是由德國Bosch公司設計的，應用于汽車的監(jiān)測和控制；v1991年9月，Philips半導體公司制定并發(fā)布CAN技術規(guī)范：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO組織正式頒布CAN國際標準 ISO11898；vCAN-bus是唯一成為國際標準的現(xiàn)場總線，也是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。三一智能三一智能CAN-bus簡介CAN-bus的特性包括：v無破

2、壞性的基于優(yōu)先權的逐位仲裁v借助驗收濾波器的多地址幀傳遞v遠程數(shù)據(jù)請求v錯誤檢測和出錯信令v很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離（長達10Km）v高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達1Mbps）v高度實時性：每幀報文允許傳輸最高8個字節(jié)的數(shù)據(jù)v發(fā)送期間丟失仲裁或出錯而遭到破壞的幀可自動重發(fā)v暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離v脫離總線的節(jié)點不影響總線的正常工作三一智能三一智能三一智能三一智能ISO/OSI 7層模型vISO-International Organization for Standardization（國際標準化組織），1979年成立；vOSI-Open Systems Interconne

3、ction（開放系統(tǒng)互連）；vISO/OSI 7層模型包括：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡層，傳輸層，會話層，表示層和應用層。三一智能三一智能ISO/OSI 7層模型OSI 開放系統(tǒng)互連模型7應用層最高層用戶軟件網(wǎng)絡終端等之間用來進行信息交換如DeviceNet6表示層將兩個應用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式5會話層依靠低層的通信功能來進行數(shù)據(jù)的有效傳遞4傳輸層兩通訊節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸控制操作如數(shù)據(jù)重發(fā)數(shù)據(jù)錯誤修復3網(wǎng)絡層規(guī)定了網(wǎng)絡連接的建立維持和拆除的協(xié)議如路由和尋址2數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織如數(shù)據(jù)校驗和幀結(jié)構1物理層規(guī)定通訊介質(zhì)的物理特性如電氣特性和信號交換的

4、解釋三一智能三一智能ISO/OSI 7層模型應用層協(xié)議應用層協(xié)議表示層協(xié)議表示層協(xié)議會話層協(xié)議會話層協(xié)議傳傳/運輸層協(xié)議運輸層協(xié)議網(wǎng)絡層協(xié)議網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議物理層協(xié)議三一智能三一智能ISO/OSI 7層模型邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制 (LLC) - 驗收濾波驗收濾波 - 過載通知過載通知 - 恢復管理恢復管理介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制 (MAC) - 數(shù)據(jù)封包、解包數(shù)據(jù)封包、解包 - 幀編碼（填充、消除填充）幀編碼（填充、消除填充） - 錯誤檢測、標定錯誤檢測、標定應用層應用層表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層OSI R

5、eference Layers物理層物理層 (PLS) - 位編位編/解碼解碼 - 位定時位定時/同步同步三一智能三一智能三一智能三一智能CANHCANL3.5 V1.5 V2.5 VVdiff = 2VVdiff = 0VVdiff = 0V隱性（邏輯隱性（邏輯1）顯性（邏輯顯性（邏輯0）隱性（邏輯隱性（邏輯1）vCAN總線電平標稱值8us隱隱顯隱顯顯隱隱顯隱顯顯“110100”三一智能三一智能v幀格式標準幀:具有11位標識符的CAN幀; 三一智能三一智能擴展幀:具有29位標識符的CAN幀;三一智能三一智能v幀類型數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器;三一智能三一智能遠程幀:總線單元發(fā)出遠程幀，

6、請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀；三一智能三一智能錯誤幀:任何單元檢測到一總線錯誤就發(fā)出錯誤幀；三一智能三一智能過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時；三一智能三一智能 幀起始：它標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。只在總線空閑時，才允許站開始發(fā)送； 仲裁場：標準格式里,仲裁場由11 位識別符和RTR 位組成,識別符位由ID.2818 構成；擴展格式里，仲裁場包括29 位識別符、SRR 位、IDE 位與RTR 位,其識別符由ID.28. 0；v幀元素三一智能三一智能識別符：基本可以理解為CAN幀的ID號；RTR 位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”

7、，而在遠程幀里必須為“隱性”；SRR 位(擴展格式)：SRR 的全稱是“替代遠程請求位（Substitute Remote Request BIT）”。SRR 是一隱性位。它在擴展格式的標準幀RTR 位位置，因此代替標準幀的RTR 位。因此，標準幀與擴展幀的沖突是通過標準幀優(yōu)先于擴展幀這一途徑得以解決的;IDE 位（擴展格式）：IDE 的全稱是“識別符擴展位（Identifier Extension Bit）”IDE 位屬于：擴展格式的仲裁場標準格式的控制場標準格式里的IDE 位為“顯性”，而擴展格式里的IDE 位為“隱性”。三一智能三一智能 控制場:控制場由6 個位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩

8、個將來作為擴展用的保留位。所發(fā)送的保留位必須為“顯性”。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼為4 個位，在控制場里被發(fā)送。三一智能三一智能數(shù)據(jù)長度代碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的編碼(DATA LENGTH CODE)：縮寫： d“顯性”，r“隱性”數(shù)據(jù)幀：允許的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：0,1,.,7,8。其他的數(shù)值不允許使用。三一智能三一智能數(shù)據(jù)場:數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為08 個字節(jié)，每字節(jié)包含了8 個位，首先發(fā)送MSB;CRC 場:CRC 場包括CRC 序列（CRC SEQUENCE），其后是CRC 界定符（CRC DELIMITER）

9、;幀結(jié)尾:每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一標志序列界定。這個標志序列由7 個“隱性”位組成。三一智能三一智能應答場:應答場長度為2 個位，包含應答間隙（ACK SLOT）和應答界定符（ACK DELIMITER）。在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應答間隙（ACK SLOT）期間（發(fā)送ACK 信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應答;三一智能三一智能應答間隙：所有接收到匹配CRC 序列（CRC SEQUENCE）的站會在應答間隙（ACK SLOT）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答。ACK 界定符：ACK 界定符是ACK 場的第二個位

10、，并且是一個必須為“隱性”的位。因此，應答間隙（ACK SLOT）被兩個“隱性”的位所包圍，也就是CRC 界定符（CRC DELIMITER）和ACK 界定符（ACKDELIMITER）。三一智能三一智能v波特率和距離的關系基本公式：Max Bit Rate MbpsMax Bus 60 在使用過程中建議使用下表所列出來的波特率，它們都是CIA協(xié)會公布的標準波特率。位速率/kbps最大距離/m100040500130250270125530100620501300203300106700510000三一智能三一智能幀格式數(shù)據(jù)位數(shù)標準數(shù)據(jù)幀（8字節(jié)數(shù)據(jù)） 111標準遠程幀 47擴展數(shù)據(jù)幀（8字節(jié)

11、數(shù)據(jù)） 131擴展遠程幀 67CAN數(shù)據(jù)幀，遠程幀所占用的位長度為(含最短幀間隔3bits)：1M波特率時發(fā)送標準數(shù)據(jù)幀（8字節(jié)數(shù)據(jù)）：發(fā)送速度 1000000/111=9009幀每幀帶8字節(jié)數(shù)據(jù)即 9009*8=72072字節(jié)三一智能三一智能v總線仲裁總線上“顯性”電平支配“隱性”電平；邏輯“0” =“顯性” 電平； 邏輯“1” =“隱性”電平?？偩€空閑時，任何節(jié)點可以開始發(fā)送報文；總線上每條報文都具有唯一的一個11位或29位標識符；報文標識符的值越小，報文具有越高的優(yōu)先權；多個節(jié)點同時發(fā)送時，總線在“仲裁場”進行“逐位仲裁” ；傳送高優(yōu)先級報文的節(jié)點贏得仲裁，并繼續(xù)傳輸報文；失去仲裁的節(jié)點

12、在總線空閑時重新傳送。三一智能三一智能總線仲裁示意圖總線仲裁示意圖ControlFieldData FieldNODE1NODE2NODE3SOF 109876543210IdentifierControlFieldData FieldNODE1、2、3 同同時時傳傳送送NODE2 退出仲裁退出仲裁NODE1 退出仲裁退出仲裁NODE3 贏得仲裁，傳送報文贏得仲裁，傳送報文三一智能三一智能v位流編碼（Bit Coding）位流編碼采用“不歸零”（NRZ）方法編碼;在完整的位時間里，位電平要么為“顯性”，要么為“隱性”；有足夠的跳邊沿利于總線各節(jié)點重新同步；要求采取“位填充”（Bit Stuff

13、ing）。三一智能三一智能標準數(shù)據(jù)幀CANL 波形CANH 波形位流編碼實例位流編碼實例三一智能三一智能v位填充（Bit Stuffing）當發(fā)送器檢測到位流里有5個連續(xù)相同值的位，便會自動在位流里插入一補充位，接收器會自動刪除這個補充位。最多經(jīng)過5個位時間，各節(jié)點可以重同步；能夠通過總線上的錯誤標志（Error Flag 6個連續(xù)相同的位）反映發(fā)送錯誤。在固定的位場中不使用位填充。三一智能三一智能位填充示意圖位填充示意圖要傳送的位序列要傳送的位序列經(jīng)過位填充后傳送的位序列經(jīng)過位填充后傳送的位序列三一智能三一智能v錯誤檢測機制進行檢測錯誤，采取以下措施：監(jiān)視（對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進

14、行比較）循環(huán)冗余檢查位填充報文格式檢查三一智能三一智能 錯誤檢測的機制具有以下的屬性：檢測到所有的全局錯誤檢測到發(fā)送器所有的局部錯誤可以檢測到報文里多達5 個任意分布的錯誤檢測到報文里長度低于15（位）的突發(fā)性錯誤檢測到報文里任一奇數(shù)個的錯誤 對于沒有被檢測到的錯誤報文，其剩余的錯誤可能性概率低于：報文錯誤率 4.7*10-11三一智能三一智能 錯誤類型位錯誤（Bit Error）：發(fā)送的位值和總線監(jiān)視的位值不相符合時，檢測到一個位錯誤(除仲裁場、應答場外)；填充錯誤（Stuff Error）：如果在使用位填充編碼的位流中，出現(xiàn)了第六個連續(xù)相同的位電平，將檢測到一個位填充錯誤；形式錯誤 （Fo

15、rm Error）：當一個固定形式的位場含有一個或多個非法位時，將檢測到一個形式錯誤；應答錯誤 （Acknowledgment Error ）：在應答間隙（ACK SLOT）所監(jiān)視的位不為“顯性”，則會檢測到一個應答錯誤；CRC 錯誤（CRC Error）：如果接收器的CRC結(jié)果和發(fā)送器的CRC結(jié)果不同，將檢測到一個CRC錯誤。三一智能三一智能 總線單元使用兩種錯誤計數(shù)器進行故障界定 發(fā)送錯誤計數(shù)(TEC) 接收錯誤計數(shù)(REC) 錯誤計數(shù)規(guī)則(共12條規(guī)則) 節(jié)點發(fā)送時產(chǎn)生錯誤，將導致TEC加8； 節(jié)點成功發(fā)送1幀報文后，TEC將減1 ，直到0 ； 節(jié)點接收時檢測到錯誤，將導致REC加8；

16、節(jié)點成功接收1幀報文后，REC將減1，直到0； v故障界定三一智能三一智能 單元存在的三種狀態(tài)錯誤主動(Error active)：“錯誤主動”的單元可以正常地參與總線通訊，并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標志。錯誤被動(Error passive)：“錯誤被動”的單元不允許發(fā)送主動錯誤標志。“錯誤被動”的單元參與總線通訊，在錯誤被檢測到時只發(fā)出被動錯誤標志。 總線關閉(Bus off)：“總線關閉”的單元不允許在總線上有任何的影響 (比如，關閉輸出驅(qū)動器)。v單元狀態(tài)三一智能三一智能 單元狀態(tài)切換(1)辨別節(jié)點處于暫時錯誤和永久性故障；故障節(jié)點自動脫離總線，防止網(wǎng)絡鎖定。三一智能三一智能TEC：發(fā)送錯誤計數(shù)器REC：接收錯誤計數(shù)器TEC128REC128TEC255TEC128REC“0”的沿時與發(fā)送者同步； 同步位流，包括在報文起始的硬同步、在報文傳送期間的重同步。v同步三一智能三一智能 硬同步(Hard Syhchronization) 重同步(Re-syhchronization ) 在數(shù)據(jù)流中不包含時鐘； 接收者在“1”