CAN2.0協(xié)議規(guī)范(個人修改版)

1、Version 1.20版2006年5月CAN-bus 2.0A/B標準CAN-bus簡介CAN-bus主要特性CAN-bus標準ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型幀格式幀類型總線仲裁位流編碼目錄位填充錯誤檢測機制錯誤類型故障界定單元狀態(tài)振蕩器容差位定時同步控制器局域網(wǎng)CANController Area Network，最初是由德國Bosch公司設(shè)計的，應(yīng)用于汽車的監(jiān)測和控制。作為一種技術(shù)先進、可靠性高、功能完善、本錢合理的遠程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus逐步被廣泛應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域。1991年9月，Philips半導(dǎo)體公司制定并發(fā)布CAN技術(shù)標準：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO組

2、織正式公布CAN國際標準 ISO11898。CAN-bus是唯一成為國際標準的現(xiàn)場總線，也是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN-bus簡介多主結(jié)構(gòu)依據(jù)優(yōu)先權(quán)進行總線訪問無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的逐位仲裁借助驗收濾波器的多地址幀傳遞遠程數(shù)據(jù)請求全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性錯誤檢測和出錯信令很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離長達10Km高速的數(shù)據(jù)傳輸速率高達1Mbps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)發(fā)送期間喪失仲裁或出錯而遭到破壞的幀可自動重發(fā)暫時錯誤和永久性故障節(jié)點的判別以及故障節(jié)點的自動脫離脫離總線的節(jié)點不影響總線的正常工作CAN-bus主要特性CAN-bus 標準 Version 2.0 CAN2.0A

3、：CAN標準報文格式CAN2.0B ：CAN標準報文格式和擴展報文格式ISO11898-1/2/3/4 國際標準CAN-bus 技術(shù)標準的目的定義數(shù)據(jù)鏈路層定義CAN協(xié)議在周圍各層中所發(fā)揮的作用 CAN-bus 標準ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型LLC：邏輯鏈路控制子層MAC：媒體訪問控制子層Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover ManagementMedium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation

4、- Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/DeserializationApplicationPresentationSessionTransportNetworkData Link LayerPhysical LayerOSI Reference LayersPhysical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/SynchronizationPhysical Medium Attachment (PMA)

5、 - Driver/Receiver CharacteristicsMedium Dependent Interface (MDI) - ConnectorsISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型表述二種不同的CAN幀格式CAN標準2.0B中引入第二種報文格式標準幀和擴展幀具有11位標識符的CAN幀稱為：標準幀具有29位標識符的CAN幀稱為：擴展幀CAN控制器必須完全支持標準幀(收/發(fā))CAN控制器必須支持接收擴展幀幀格式數(shù)據(jù)幀從發(fā)送節(jié)點向其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)遠程幀向其它節(jié)點請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀 錯誤幀指明已檢測到總線錯誤過載幀過載幀用以在數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間提供一附加的延時 幀類型數(shù)據(jù)幀組成幀起始Sta

6、rt of Frame仲裁場Arbitration Frame控制場Control Frame數(shù)據(jù)場Data FrameCRC場CRC Frame應(yīng)答場ACK Frame幀結(jié)尾End of Frame數(shù)據(jù)場的長度可以為0 允許DLC8 (*見協(xié)議實現(xiàn)指南)數(shù)據(jù)幀標準數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)RTR=0Message ID 尋址舉例總線上“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(quán)；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

7、的節(jié)點贏得仲裁，并繼續(xù)傳輸報文；失去仲裁的節(jié)點在總線空閑時重新傳送?？偩€仲裁Bus Arbitration總線仲裁示意圖Arbitration Field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 Stuffing。位流編碼Bit Coding幀間空間通過幀間空間Interframe Spacing隔離數(shù)據(jù)幀或遠程幀與先行幀；幀間空間的組成：3個隱性(“1)的間歇場 INTER MISSION 長度不限的總線空閑位場 BUS IDLE 錯誤被動節(jié)點發(fā)出的掛起傳送場SUSPEND TRANSM

8、ISSION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。位填充Bit Stuffing位填充示意圖擴展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)RTR=0RTR=0擴展數(shù)據(jù)幀標準數(shù)據(jù)幀標準幀格式：具有11位標識符；擴展幀格式：具有29位標識符；兩種幀格式的區(qū)別通過“控制場Control Frame中的“識別符擴展位IDE bit來實現(xiàn)；兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線上。擴展數(shù)據(jù)幀也有二種，標準遠程幀、擴展遠程幀；除了沒有數(shù)據(jù)域(Dat

9、a Frame)，以及RTR位是隱性(“1)以外，與數(shù)據(jù)幀完全一樣。遠程幀擴展遠程幀RTR=1當節(jié)點檢測到一個或多個由CAN標準所定義的錯誤時產(chǎn)生。由于錯誤疊加，最終表現(xiàn)在CAN-bus的 Error Flag會有6-12bits不等。錯誤幀有三種情況會發(fā)送過載幀： 1、上次接收的數(shù)據(jù)未被CPU讀取就已經(jīng)被再次濾波進來的CAN數(shù)據(jù)改寫，接收的數(shù)據(jù)幀結(jié)束后馬上發(fā)出。 2、CAN節(jié)點檢測到幀間隔的第一位或第二位為顯性位，在檢測到顯性位后馬上發(fā)出。 3、CAN節(jié)點采樣到錯誤幀的錯誤界定場或過載幀的過載界定場有顯性位，在檢測到顯性位后馬上發(fā)出。過載幀進行檢測錯誤，采取以下措施：監(jiān)視對發(fā)送位的電平與被監(jiān)

10、控的總線電平進行比較循環(huán)冗余檢查位填充報文格式檢查錯誤檢測機制CAN能夠檢測出如下類型錯誤位錯誤Bit Error填充錯誤Stuff Error形式錯誤 Form Error應(yīng)答錯誤 Acknowledgment Error CRC 錯誤CRC Error未檢測報文錯誤率低于 4.7 * 10-11錯誤檢測機制位錯誤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(yīng)答場外)；錯誤類型填充錯誤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；錯誤類型形式錯誤 Form Error：當一個固定形式的位場

11、含有一個或多個非法位時，將檢測到一個形式錯誤；錯誤類型應(yīng)答錯誤 Acknowledgment Error ：在應(yīng)答間隙ACK SLOT所監(jiān)視的位不為“顯性，那么會檢測到一個應(yīng)答錯誤；錯誤類型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。錯誤類型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)那么(共12條規(guī)那么)節(jié)點發(fā)送時產(chǎn)生錯誤，將導(dǎo)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(dǎo)致REC加8； 節(jié)點成功接收1幀報文后，REC將減1，直到0；故障界

12、定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?！板e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(guān)閉(Bus off)：“總線關(guān)閉的單元不允許在總線上有任何的影響 (比方，關(guān)閉輸出驅(qū)動器)。單元狀態(tài)區(qū)分節(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(luò)鎖定。錯誤主動 錯誤被動 總線關(guān)閉單元狀態(tài)切換(1)TEC：發(fā)送錯誤計數(shù) REC：接收錯誤計數(shù)單元狀態(tài)切換(2)CAN 物理層差動共模信號優(yōu)點：極強

13、的抗干擾能力信號傳輸介質(zhì)：雙絞線差動共模信號實例標準數(shù)據(jù)幀CANL 波形CANH 波形由于給定的最大振蕩器容差為1.58%，因此憑經(jīng)驗可將陶瓷諧振器使用在傳輸率高達125 kbps的應(yīng)用里。 有關(guān)更多準確的評估，請參考： Dais, S; Chapman, M; “Impact of Bit Representation on Transport Capacity and Clock Accuracy in Serial Data Streams,SAE Technical Paper Series 890532, Multiplexing in Automobiles SP-773 March 1989為了滿足CAN協(xié)議的整個總線速度范圍，需要使用晶振。具有最高振蕩準確度要求的芯片，決定了