CAN總線的原理及使用教程

1、CAN總線及應用MSCAN08/MSCAN122一、目標定位一、目標定位目標：以MSCAN08和MSCAN12為示例，講述CAN現(xiàn)場總線，初步掌握CAN總線技術的應用。基本要求：了解CAN通信協(xié)議基本概念，掌握CAN通信接口硬件設計和MSCAN08和MSCAN12編程方法MSCAN08/MSCAN123二、主要內(nèi)容二、主要內(nèi)容CANCAN技術規(guī)范技術規(guī)范MSCAN08MSCAN08模塊模塊MSCAN08MSCAN08通信接口硬件電路通信接口硬件電路MSCAN08MSCAN08模塊的編程結構模塊的編程結構MSCAN08MSCAN08通信子函數(shù)與測試實例通信子函數(shù)與測試實例MSCAN12MSCAN

2、12模塊模塊MSCAN12MSCAN12模塊的編程結構模塊的編程結構MSCAN12MSCAN12的自環(huán)測試實例的自環(huán)測試實例MSCAN08/MSCAN124uCANCAN通信協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。通信協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。uCANCAN各層的定義與開放系統(tǒng)互連模型各層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSIOSI一致。一致。CANCAN技技術規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理術規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，是設計層，是設計CANCAN應用系統(tǒng)的基本依據(jù)。應用系統(tǒng)的基本依據(jù)。u19911991年年9 9月月BoschBosch公司發(fā)布了公司發(fā)布了CA

3、NCAN技術規(guī)范技術規(guī)范Version2.0Version2.0。該 技 術 規(guī) 范 包 括該 技 術 規(guī) 范 包 括 A A 和和 B B 兩 部 分 ，兩 部 分 ， 2 . 0 A2 . 0 A 給 出 了 在給 出 了 在Version1.2Version1.2中定義的中定義的CANCAN報文格式，而報文格式，而2.0B2.0B給出了標給出了標準的和擴展的兩種報文格式。準的和擴展的兩種報文格式。u規(guī)范主要是針對規(guī)范主要是針對CANCAN控制器的設計者，對大多數(shù)應用控制器的設計者，對大多數(shù)應用系統(tǒng)設計人員來說，只需對系統(tǒng)設計人員來說，只需對Version2.0Version2.0版技術規(guī)

4、范的版技術規(guī)范的基本結構、概念、規(guī)則作一般了解，知道一些基本參基本結構、概念、規(guī)則作一般了解，知道一些基本參數(shù)和可訪問的硬件即可。數(shù)和可訪問的硬件即可。CAN技術規(guī)范技術規(guī)范MSCAN08/MSCAN125CAN的基本概念的基本概念MSCAN08/MSCAN126報文和信息路由報文和信息路由報文報文(Messages)(Messages) 在總線上傳輸?shù)男畔?。在總線上傳輸?shù)男畔ⅰＰ畔⒙酚尚畔⒙酚?Information Routing)(Information Routing) CAN CAN不對通信單元分配地址，報文的尋不對通信單元分配地址，報文的尋址內(nèi)容由報文的址內(nèi)容由報文的標識符標識符指

5、定。所有指定。所有CANCAN節(jié)節(jié)點通過點通過報文濾波報文濾波來判斷是否接收報文。來判斷是否接收報文。 MSCAN08/MSCAN127位速率位速率位速率位速率(Bit Rate)(Bit Rate) 指總線的傳輸速率，下表列出了距離與指總線的傳輸速率，下表列出了距離與位速率的相關數(shù)據(jù)。這里的最大距離是指位速率的相關數(shù)據(jù)。這里的最大距離是指不接中繼器的兩個單元之間的距離。不接中繼器的兩個單元之間的距離。MSCAN08/MSCAN128位定位與同步位定位與同步u標稱位速率標稱位速率（Nominal Bit RateNominal Bit Rate）：理想的發(fā)送）：理想的發(fā)送器在沒有重新同步的情況

6、下每秒發(fā)送的位數(shù)量。器在沒有重新同步的情況下每秒發(fā)送的位數(shù)量。u標稱位時間標稱位時間（Nominal Bit TimeNominal Bit Time）：是標稱位速）：是標稱位速率的倒數(shù)。分成幾個不重疊的片段：率的倒數(shù)。分成幾個不重疊的片段：同步段同步段(SYNC_SEG(SYNC_SEG）、）、傳播段傳播段(PROG_SEG)(PROG_SEG)、相位段相位段1 1(PHASE_SEG1)(PHASE_SEG1)、相位段相位段2 2(PHASE_SEG2)(PHASE_SEG2)。 同步段 相位段1 相位段2 傳播段 采樣點 標稱位時間 MSCAN08/MSCAN129優(yōu)先權優(yōu)先權優(yōu)先權優(yōu)先

7、權(Priorities)(Priorities) 在在CANCAN總線上發(fā)送的每一個報文都具有總線上發(fā)送的每一個報文都具有唯一的一個唯一的一個1111位或位或2929位的標識符，位的標識符，標識標識符越小符越小，則報文，則報文優(yōu)先權越高優(yōu)先權越高，因此一個，因此一個為全為全0 0標識符的報文具有最高級優(yōu)先權。標識符的報文具有最高級優(yōu)先權。MSCAN08/MSCAN1210單通道單通道單通道單通道(Single Channel)(Single Channel) CAN CAN總線由單一通道組成，借助數(shù)據(jù)的總線由單一通道組成，借助數(shù)據(jù)的同步實現(xiàn)信息傳輸，可以是單線同步實現(xiàn)信息傳輸，可以是單線(

8、(加地加地線線) )、兩條差分線、光纖等，通常使用雙、兩條差分線、光纖等，通常使用雙絞線。絞線。MSCAN08/MSCAN1211總線表示總線表示總線數(shù)據(jù)表示總線數(shù)據(jù)表示(Bus Values)(Bus Values) C A N C A N 總 線 上 用總 線 上 用 顯 性顯 性 ( D o m i n a n t )( D o m i n a n t ) 和和 隱 性隱 性(Recessive)(Recessive)表示表示0 0和和1 1。當在總線上出現(xiàn)同時發(fā)。當在總線上出現(xiàn)同時發(fā)送顯性位和隱性位時，總線上數(shù)值將出現(xiàn)顯性。送顯性位和隱性位時，總線上數(shù)值將出現(xiàn)顯性?？偩€上的信號使用差分

9、電壓傳送，兩條信號線被總線上的信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為稱為CAN_H CAN_H 和和CAN_LCAN_L。MSCAN08/MSCAN1212標識符檢驗濾波標識符檢驗濾波u 當總線上有報文到達時，當總線上有報文到達時，MSCAN08MSCAN08會將該報文的會將該報文的標標識符識符與與本地的標識符校驗寄存器中本地的標識符校驗寄存器中進行比較進行比較，本地，本地標識符屏蔽寄存器標識符屏蔽寄存器則是用于指定比較結果是否有影則是用于指定比較結果是否有影響，響，1 1表示相應位的比較結果表示相應位的比較結果不影響不影響報文的接收。報文的接收。MSCAN08/MSCAN1213報文傳輸類型

10、報文傳輸類型報文傳輸由報文傳輸由4 4種不同的幀類型表示和控制：種不同的幀類型表示和控制：u數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌?。?shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌?。u遠程幀：遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識符的數(shù)據(jù)幀。同一標識符的數(shù)據(jù)幀。u錯誤幀：錯誤幀：任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。幀。u過載幀：過載幀：過載幀用于在先行和后續(xù)數(shù)據(jù)幀（或過載幀用于在先行和后續(xù)數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。遠程幀）之間提供一附加的延時。MSCAN08/MSCAN1214數(shù)據(jù)幀結構數(shù)據(jù)幀結構 幀間空間 仲裁

11、場 控制場 數(shù)據(jù)場 CRC場 幀結束 數(shù)據(jù)幀 幀起始 應答場 幀間空間 或過載幀 數(shù)據(jù)幀組成數(shù)據(jù)幀組成MSCAN08/MSCAN1215遠程幀結構遠程幀結構遠程幀的組成遠程幀的組成幀間空間幀間空間仲裁場仲裁場控制場控制場CRC場場幀結束幀結束遠程幀遠程幀幀起始幀起始應答場應答場幀間空間幀間空間或過載幀或過載幀MSCAN08/MSCAN1216錯誤幀結構錯誤幀結構錯誤幀的組成錯誤幀的組成 數(shù)據(jù)幀 錯誤標志 錯誤標志的重疊 錯誤界定符 錯誤幀 幀間空間 或過載幀 MSCAN08/MSCAN1217過載幀結構過載幀結構過載幀的組成過載幀的組成 數(shù)據(jù)幀 過載標志 過載標志的重疊 過載界定符 過載幀 幀

12、間空間 或過載幀 MSCAN08/MSCAN1218MSCAN08特性特性MSCAN08-Freescale可升級控制器局域網(wǎng)（可升級控制器局域網(wǎng)（Motorola scalable controller area network，MSCAN）：）：u 符合符合CAN2.0A/B協(xié)議標準，支持協(xié)議標準，支持標準標準和和擴展擴展數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀u 位速率可編程，最大位速率可編程，最大1Mbpsu 數(shù)據(jù)幀長度為數(shù)據(jù)幀長度為08字節(jié)字節(jié)u 支持遠程請求幀支持遠程請求幀u 1個個FIFO接收接收緩沖區(qū)，緩沖區(qū)，3個個具有局部優(yōu)先級的具有局部優(yōu)先級的FIFO發(fā)發(fā)送送緩沖區(qū)緩沖區(qū)u 標識符驗收標識符驗收模式可

13、配置成模式可配置成1個個32位過濾碼、位過濾碼、2個個16位過位過濾碼、濾碼、4個個8位過濾碼，或者關閉濾波器位過濾碼，或者關閉濾波器u 內(nèi)置低通濾波的遠程喚醒功能內(nèi)置低通濾波的遠程喚醒功能u 自環(huán)自環(huán)工作模式工作模式MSCAN08/MSCAN1219MSCAN08外部引腳外部引腳u MSCAN08MSCAN08有有2 2根外部引腳：根外部引腳：CANRXCANRX( (輸入輸入) )和和CANTXCANTX( (輸出輸出) )u CANTXCANTX代表代表CANCAN上的邏輯電平：上的邏輯電平：0 0為高電平為高電平( (顯性顯性) )，1 1為為低電平低電平( (隱性隱性) )。MSCA

14、N08MSCAN08模塊構建的典型的模塊構建的典型的CANCAN系統(tǒng)如系統(tǒng)如圖所示：圖所示：MSCAN08/MSCAN1220MSCAN08通信接口電路通信接口電路MSCAN08/MSCAN1221MSCAN08的編程結構的編程結構內(nèi)存映射內(nèi)存映射MSCAN08/MSCAN1222MSCAN08的編程結構的編程結構報文收發(fā)緩沖區(qū)報文收發(fā)緩沖區(qū)MSCAN08/MSCAN1223MSCAN08的編程結構的編程結構寄存器寄存器MSCAN08/MSCAN1224MSCAN08通信實現(xiàn)通信實現(xiàn)u 初始化初始化MSCAN08/MSCAN1225MSCAN08通信實現(xiàn)通信實現(xiàn)u 發(fā)送和接收函數(shù)發(fā)送和接收函數(shù)

15、MSCAN08/MSCAN1226MSCAN08自環(huán)通信測試實例自環(huán)通信測試實例(1)(1)回環(huán)工作方式測試工程文件列表回環(huán)工作方式測試工程文件列表MSCAN08/MSCAN1227MSCAN08自環(huán)通信測試實例自環(huán)通信測試實例(2)(2)回環(huán)工作方式回環(huán)工作方式C C語言主程序語言主程序MSCAN08/MSCAN1228MSCAN08正常通信測試實例正常通信測試實例(1)(1)查詢方式服務器節(jié)點查詢方式服務器節(jié)點C C語言主程序語言主程序MSCAN08/MSCAN1229MSCAN08正常通信測試實例正常通信測試實例(2)(2)查詢方式客戶節(jié)點查詢方式客戶節(jié)點C C語言主程序語言主程序MSC

16、AN08/MSCAN1230MSCAN12模塊簡介模塊簡介MSCAN12特性（與特性（與MSCAN08幾乎相同）：幾乎相同）：符合符合CAN2.0A/B協(xié)議標準協(xié)議標準支持支持標準標準和和擴展擴展數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)長度為數(shù)據(jù)長度為08字節(jié)字節(jié)位速率可編程，最大位速率可編程，最大1Mbps支持支持遠程幀遠程幀擁有擁有5個個FIFO機制的機制的接收接收緩沖區(qū)，緩沖區(qū)，3個個具有局具有局部優(yōu)先級的部優(yōu)先級的發(fā)送發(fā)送緩沖區(qū)緩沖區(qū)具有靈活的具有靈活的標識符驗收標識符驗收模式模式MSCAN08/MSCAN1231MSCAN12模塊框圖模塊框圖 晶振時鐘 總線時鐘 發(fā)送中斷請求 接收中斷請求 錯誤中斷

17、請求 喚醒中斷請求 配置 寄存器 控制和 狀態(tài) 喚醒 低通濾波 消息過濾和緩沖 接收/發(fā)送驅(qū)動器 CAN 時鐘 Tq 時鐘 預 分頻 MSCAN12 模塊 CAN 接收 CAN 發(fā)送 時鐘 選擇 MSCAN08/MSCAN1232MSCAN12外部引腳外部引腳 120 MCU CAN 控制器 （ MSCAN12） 收發(fā)器 CANH CANL CANRX CAN 節(jié)點 1 CAN 節(jié)點 2 CAN 節(jié)點 3 120 CANH CANL CANH CANL CANTX MSCAN08/MSCAN1233MSCAN12報文緩沖區(qū)結構報文緩沖區(qū)結構 接 收 發(fā) 送 報文緩沖區(qū)組織圖報文緩沖區(qū)組織圖MS

18、CAN08/MSCAN1234MSCAN12編程結構編程結構內(nèi)存映射內(nèi)存映射控制寄存器 12個字節(jié) 錯誤計數(shù)器 2個字節(jié) 標識符過濾器 16個字節(jié) 接收緩沖區(qū) 16個字節(jié)（窗口機制） 發(fā)送緩沖區(qū) 16個字節(jié)（窗口機制） 保留 2個字節(jié) 地址偏移量 MSCAN08/MSCAN1235MSCAN12編程結構編程結構寄存器寄存器1) MSCAN控制寄存器控制寄存器0(CANCTL0)2) MSCAN控制寄存器控制寄存器1(CANCTL1)3) MSCAN總線時鐘寄存器總線時鐘寄存器0(CANBTR0)4) MSCAN總線時鐘寄存器總線時鐘寄存器1(CANBTR1)5) MSCAN接收器標志寄存器接收

19、器標志寄存器(CANRFLG)6) MSCAN接收器中斷使能寄存器接收器中斷使能寄存器(CANRIER)7) MSCAN發(fā)送器標志寄存器發(fā)送器標志寄存器(CANTFLG)8) MSCAN發(fā)送器中斷使能寄存器發(fā)送器中斷使能寄存器(CANTIER)9) MSCAN發(fā)送器消息中止控制寄存器發(fā)送器消息中止控制寄存器(CANTARQ)10) MSCAN發(fā)送器消息中止控制寄存器發(fā)送器消息中止控制寄存器(CANTAAK)11) MSCAN發(fā)送緩沖區(qū)選擇寄存器發(fā)送緩沖區(qū)選擇寄存器(CANTBSEL)12) MSCAN標識符驗收控制寄存器標識符驗收控制寄存器(CANTIDAC)13) MSCAN接收錯誤計數(shù)寄存

20、器接收錯誤計數(shù)寄存器(CANRXERR)14) MSCAN發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器發(fā)送錯誤計數(shù)寄存器(CANTXERR)15) MSCAN標識符驗收碼寄存器標識符驗收碼寄存器(CANIDAR07)16) MSCAN標識符屏蔽寄存器標識符屏蔽寄存器(CANIDMR07)MSCAN08/MSCAN1236MSCAN12模塊的自環(huán)通信實例模塊的自環(huán)通信實例MSCAN12通信頭文件（通信頭文件（MSCAN12.h）（1）CAN通信寄存器及標志位定義通信寄存器及標志位定義（2）CAN通信用到的設置量定義通信用到的設置量定義（3）CAN通信相關函數(shù)聲明通信相關函數(shù)聲明（4）CAN通信初始化通信初始化MSCAN1

21、2通信函數(shù)文件（通信函數(shù)文件（MSCAN12.c ）（1）CAN通信初始化：通信初始化：void CANInit(void)（ 2 ） C A N 發(fā) 送發(fā) 送 1 幀 數(shù) 據(jù) ：幀 數(shù) 據(jù) ： I N T 8 U CANSND1DFRM(INT16U ID,INT8U * DataBUF, INT8U LEN)（3）查找空閑發(fā)送緩沖區(qū)：）查找空閑發(fā)送緩沖區(qū)：INT8U GetSNDBUF(void)（4）CAN接收接收1幀數(shù)據(jù)：幀數(shù)據(jù)：INT8U CANRCV1FRM(INT8U * CANRCVBUF)MSCAN08/MSCAN1237MSCAN12模塊的自環(huán)通信實例模塊的自環(huán)通信實例1.