第3講CAN現(xiàn)場總線資料課件

1、第三講 CAN現(xiàn)場總線（Controller Area Network）1、綜述2、技術規(guī)范3、報文傳輸和幀結構4、CAN通信中的幾個問題5、典型CAN總線器件及應用6、CAN通信的控制與應用7、CAN應用層協(xié)議8、CAN總線在汽車領域的應用CAN現(xiàn)場總線1 綜述應用領域及實例實例1. 綜述應用領域及實例低成本 極高的總線利用率 很遠的數據傳輸距離(長達10Km) 高速的數據傳輸速率（高達1Mbit/s） 可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文 可靠的錯誤處理和檢錯機制 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā) 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能 報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功

2、能信息、優(yōu)先級信息廣泛應用的技術原因1. 綜述發(fā)展歷史CAN（Controller Area Network）是控制器局域網CAN是由德國Bosch公司專門為汽車監(jiān)測和控制而設計的，逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)領域的現(xiàn)場控制。CAN已經成為國際標準化組織ISO11898標準。1991 Philip Semiconductors制定CAN技術規(guī)范CAN2.0A,CAN 2.0B。德國博世（BOSCH）公司是倡導者1986年在汽車工程協(xié)會(SAE)大會上提出傳輸的報文根據報文的內容識別汽車、機械、工業(yè)自動化，石油化工等針對汽車工業(yè)復雜的電子裝置1992年開始，Benz,Volvo,Saab,Volksw

3、agen,BMW, Renault,Fiat等陸續(xù)在其車輛產品中使用CAN。1983: Start of the Bosch internal project to develop an in-vehicle network1986: Official introduction of CAN protocol1987: First CAN controller chips from Inter and Philips Semiconductors1991: Boschs CAN specification 2.0 published1991: CAN Kingdom CAN-based hig

4、her-layer protocol introduced by Kvaser1992: CAN in Automation international users and manufacturers group established1992: CAN in Application Layer(CAL) protocol published by CiA1992: First cars from Mercedes-Benz used CAN network1993: ISO 11898 standard published1994: First international CAN Confe

5、rence(iCC) organized by CiA1994: DeviceNet protocol introduction by Allen-Bradley1995: ISO 11898 amendment (extended frame format) published1995: CANopen protocol published by CiA2000: Development of the time-triggered communication protocol for AN(TTCAN)1. 綜述發(fā)展歷史多主工作方式，任一節(jié)點均可在任意時刻主動的向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息；節(jié)點

6、信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同實時性要求，高優(yōu)先級的數據最快可在134us內得到傳輸；采用非破壞性的總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出發(fā)送；只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、點對多點及廣播等傳輸方式，無需專門的“調度”；節(jié)點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個；1. 綜述CAN總線性能特點采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的驗錯效果；每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低。直接通信距離最遠可達10km/5kbps,通信速率最高可達1Mbps/40m報文標識符可達2032種(CAN2.0A)，而擴展標準(CAN2.0B

7、)的報文標識符幾乎不受限制。CAN 的通信介質：雙絞線、同軸電纜、光纖。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。1. 綜述CAN總線性能特點報文：當總線開放時，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報文。信息路由：在CAN系統(tǒng)中，一個CAN節(jié)點不使用有關系統(tǒng)結構的任何信息(如站地址)。位速率： CAN的數據傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個給定的系統(tǒng)中，此速度是唯一和固定的。遠程數據請求：通過發(fā)送一個遠程幀，需要數據的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送個相應的數據幀。多主站：當總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報文，而發(fā)送具有最高優(yōu)先權報文的單元，贏得總線訪問。

8、2. CAN總線的技術規(guī)范基本概念仲裁：當總線開放時，任何單元均可開始發(fā)送報文，若同時有兩個或更多的單元開始發(fā)送，總線訪問沖突運用逐位仲裁規(guī)則，借助標識符ID解決。安全性：為獲得盡可能高的數據傳送安全性，在每個CAN節(jié)點中均設有錯誤檢測、標定和自檢的強有力措施。出錯標注和恢復時間：已損報文由檢出錯誤的任何節(jié)點進行標注。這樣的報文將失效，并自動進行重發(fā)送。故障界定：CAN節(jié)點有能力識別永久性故障和短暫擾動，可自動關閉故障節(jié)點。2. CAN總線的技術規(guī)范基本概念檢錯措施：發(fā)送自檢、循環(huán)冗余校驗、位填充和報文格式檢查。如果不存在新的錯誤，自檢出錯誤至下一個報文開始發(fā)送的恢復時間最多為29個位時間。總

9、線數值表示： 總線上具有兩種互補邏輯數值：顯性電平或隱性電平。在顯位與隱位同時發(fā)送期間，總線上數值將是顯位。應答： 所有接收器均對接收報文的相容性進行檢查，回答一個相容報文，并標注一個不相容報文。數據相容性：在CAN網絡內，可以確保報文同時被所有節(jié)點或者沒有節(jié)點接收。因此，系統(tǒng)的數據相容性是借助于成組和出錯處理達到的。2. CAN總線的技術規(guī)范基本概念例：在總線的“線與”操作情況下，顯位由邏輯“0”表示，隱位由邏輯“1”表示。包括A和B兩部分，其中2.0A給出了CAN報文標準格式，2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。只采用ISO/OSI模型的物理層和數據鏈路層。2. CAN總線的技術規(guī)范2.

10、 CAN總線的技術規(guī)范分層結構物理信令(PLS) 位編碼/解碼 位定時 同步物理媒體附件(PMA) 驅動器/接收器特性媒體接口(MDI) 連接器數據鏈路層邏輯鏈路控制(LLC) 接收過濾 超載通告 恢復管理媒體訪問控制(MAC) 數據打包/拆包 幀編碼(填充，去填充) 媒體訪問管理 錯誤檢測 出錯標識 應答 串行-并行轉換物理層由CAN控制器實現(xiàn)；采用CSMA/CD方式非破壞性總線仲裁技術；節(jié)點信息有高低優(yōu)先級之分以滿足不同的實 時需要；可實現(xiàn)點對點、一點對多點以及全局廣播等；采用短幀結構，每幀有效字節(jié)數為0-8個；CRC校驗域等檢查措施保證了極低的出錯率；節(jié)點在嚴重錯誤時具有自動關閉總線的功

11、能?？刹捎霉驳氐膯尉€制、雙線制、同軸電纜、 雙絞線、光纜等。節(jié)點數理論上不受限制，取決于物理層的承 受能力，實際可達110個。當總線長40米時，最大通信速率為1Mbps， 當通信速率為5kbps時，距離可達10km。CAN2.0A目標層傳送層數據鏈路子層接收濾波超載通知恢復管理媒體訪問控制子層數據封裝/拆裝幀編碼（填充/去填充）媒體訪問管理錯誤監(jiān)測出錯標定應答串行化/解除串行化物理層位編碼/解碼位定時同步（驅動器/接收器特性）2. CAN總線的技術規(guī)范分層結構總線上具有兩種互補邏輯數值：顯性電平或隱性電平。在顯位與隱位同時發(fā)送期間，總線上數值將是顯位。在隱性狀態(tài)下，Vcan-h和Vcan-l被

12、固定在平均電壓電平，Vdiff近似為零。顯性狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。2. CAN總線的技術規(guī)范邏輯狀態(tài)例：在總線的“線與”操作情況下，顯位由邏輯“0”表示，隱位由邏輯“1”表示。時間tVVdiffVdiffVCAN-HVCAN-L隱性位顯性位隱性位03.5V2.5V1.5V典型值 當總線電壓差小于0.5V時，接收為隱位，隱位電壓差的正常值為0V； 當電壓差大于0.9V時，為顯位，顯位電壓差的正常值為2.0V，合格的顯位電壓差的最小值為1.2V； 0.50.9V為變化的過渡區(qū)； 共模電壓為-2+7 V。 總線末端均接有以RL表示的抑制反射的終端負載電阻，其阻值大約在120歐左右；總線驅

13、動可采用單線上拉、單線下拉或雙線驅動，接收采用差分比較器；若所有節(jié)點的晶體管被關斷，則總線處于隱性狀態(tài)，此時總線的平均電壓由具有高內阻的每個節(jié)點電壓源產生；若成對晶體管至少有一對被接通，則顯性位被送至總線，產生流過終端電阻的電流，使總線的兩條線產生電壓差。2. CAN總線的技術規(guī)范電氣連接2. CAN總線的技術規(guī)范節(jié)點的電氣參數與總線斷開的節(jié)點在隱性狀態(tài)下的DC參數：參數符號單位數值條件最小值典型值最大值總線輸出電壓VCANHV2.753.54.5負載60VCANLV0.51.52.25差分輸出電壓VdiffV1.52.03.0負載60差分輸入電壓VdiffV0.95.0負載60參數符號單位數

14、值條件最小值典型值最大值總線輸出電壓VCANHV2.02.53.0無負載VCANLV2.02.53.0總線差分輸出電壓VdiffmV-500050無負載內部差分電阻RdiffK10100無負載內部電阻Rink550差分輸入電壓VdiffV-1.03.0與總線斷開的節(jié)點在顯性狀態(tài)下的DC參數：2. CAN總線的技術規(guī)范節(jié)點的電氣參數總線在隱性狀態(tài)下的參數：參數符號單位數值條件最小值典型值最大值總線共模電壓VCANHV2.57.0VCANLV-2.02.5總線差分電壓VdiffmV-120012總線在顯性狀態(tài)下的參數：參數符號單位數值條件最小值典型值最大值總線共模電壓VCANHV3.57.0VCA

15、NLV-2.01.5總線差分電壓VdiffmV-2.02.03.0參數符號單位數值條件最小值典型值最大值 特征阻抗Z 108120132單位長度電阻rm/m70傳播時延ns/m5終端電阻RL118120130參數符號單位數值條件最小值典型值最大值總線長度Lm040位速率：1Mbps節(jié)點分支長度Lm00.3節(jié)點距離d m040雙絞線（屏蔽或不屏蔽）電氣參數總線拓樸結構參數2. CAN總線的技術規(guī)范節(jié)點的電氣參數CAN總線上任意兩個節(jié)點之間的最大傳輸距離與其位速率有關：位速率/(Kbit/s)1000500250125100502010 5最大距離/m40130270530620130033006

16、70010000這里的最大通信距離是指在同一條總線上兩個節(jié)點之間的距離CAN總線系統(tǒng)任意兩個節(jié)點之間的最大距離2. CAN總線的技術規(guī)范傳輸距離與傳輸速率幾種總線可能的故障總線故障的影響總線故障描述網絡狀態(tài)規(guī)范性質一個節(jié)點從總線斷開其余節(jié)點繼續(xù)通信推薦性一個節(jié)點丟失電源其余節(jié)點以降低的信噪比繼續(xù)通信推薦性一個節(jié)點丟失接地其余節(jié)點以降低的信噪比繼續(xù)通信推薦性任何接地屏蔽連接損壞所有節(jié)點繼續(xù)通信推薦性開路和短路故障1.CAN_L斷開2.CAN_H斷開3.CAN_L與電源電壓端接4.CAN_H與地端接5.CAN_L與地端接6.CAN_H與電源電壓端接7.CAN_L線與CAN_H線端接8.CAN_H和

17、.CAN_L在同一位置斷開9.丟失一個終端網絡所有節(jié)點以降低的信噪比繼續(xù)通信推薦性在整個系統(tǒng)內停止工作可選性含有終端電阻的子系統(tǒng)內的節(jié)點繼續(xù)通信可選性所有節(jié)點以降低的信噪比繼續(xù)通信可選性發(fā)出報文的單元成為該報文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失仲裁前始終為發(fā)送器。如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元就是接收器。報文中的位流按照非歸零碼(NRZ)方法編碼，即一個完整的位電平要么是顯性，要么是隱性。報文傳送由 4 種不同類型的幀表示和控制：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀構成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數據場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進行編碼。當發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5

18、位連續(xù)的相同數值時，將自動地在實際發(fā)送的位流中插入一個補碼位。數據幀和遠程幀的其余位場采用固定格式，不進行填充。出錯幀和超載幀同樣是固定格式，也不進行位填充。2. CAN總線的技術規(guī)范報文的傳送及幀結構未填充位流 100000 xyz 011111xyz填充位流 1000001xyz 0111110 xyz 其中：xyz0,1CAN網的MAC層采用CSMA/CD的非破壞仲裁技術。總線上當顯性位(0)與隱性位(1)進行線與時，隱性位被稱為沖突，在競爭中退出。非破壞性優(yōu)先權逐位仲裁規(guī)則：欲發(fā)幀的節(jié)點當總線在空閑時同時發(fā)送幀且同步于SOF的上升沿；各幀的標識字段在總線同時相遇，借助總線使標識字段逐位

19、“線與”，根據其結果進行沖突仲裁；如果發(fā)送節(jié)點沒有監(jiān)測到沖突，則繼續(xù)發(fā)送下一位；若監(jiān)測到沖突，則立即中斷，不再繼續(xù)后面位的傳送；各標識字段逐位線與后，未監(jiān)測到沖突的字節(jié)便獲得優(yōu)先發(fā)送權，可以發(fā)送數據幀后面的各字段；監(jiān)測到沖突的節(jié)點，則不能發(fā)送后面的數據字段，而等待下一次發(fā)送。2. CAN總線的技術規(guī)范CSMA/CD非破壞仲裁ABCCANbus3. 報文傳輸和幀結構數據幀：攜帶數據由發(fā)送器至接收器；遠程幀：通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數據幀；出錯幀：由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀：用于提供當前的和后續(xù)的數據幀的附加延遲。幀間空間：數據幀和遠程幀通過幀間空間與當前幀分開。3

20、. 報文傳輸和幀結構數據幀數據幀：由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數據場、 CRC場、應答場和幀結束。數據場長度可為0。起始標志目的地址數據長度數據n校驗位結束標志3. 報文傳輸和幀結構數據幀幀起始：由一個顯性位構成，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許站開始發(fā)送。所有站都必須同步于首先開始發(fā)送的那個站的幀起始前沿。仲裁場:仲裁場由標識符和遠程發(fā)送請求位組成。標準幀中仲裁場為12位，擴展幀中為32位?？刂茍?6位，由4位長度碼和2個保留位（必須為顯性）組成，表示數據碼長度；數據場：由控制場確定字節(jié)數，可以為0-8個字節(jié)，每個字節(jié)8位，先發(fā)送最高有效位；CRC場：16位，包括CRC校

21、驗位和1個CRC界定符（隱性位）；應答場：2位，包括應答間隙和應答界定符，2個隱性位；幀結束：7個連續(xù)隱性位3. 報文傳輸和幀結構數據幀仲裁場(Arbitration Frame)：由標識符和遠程請求發(fā)送位(RTR)組成。顯位顯位注：ID10-ID4，高7位不能全為隱位ID10-ID011位標識符2048-16=2032為實際可用地址空間標準幀隱性位代表1，顯性位代表0。在仲裁場的標識符中，若按0、1計算的數值越小，則優(yōu)先級越高。因此，在整個網絡中，每個節(jié)點的優(yōu)先級都是不同的（因為每個節(jié)點的節(jié)點號不同）。按照以上原則，優(yōu)先級高的幀會自動屏蔽掉優(yōu)先級低的幀。3.報文傳輸和幀結構數據幀幀的優(yōu)先級3

22、. 報文傳輸和幀結構數據幀控制場：數據字節(jié)數目數據長度碼DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4drdd5drdr6drrd7drrr8rdddd:顯性R:隱性3. 報文傳輸和幀結構數據幀數據場：由數據幀中被發(fā)送的數據組成，它可包括08個字節(jié)，每個字節(jié)8位。首先發(fā)送的是最高有效位。CRC場：包括CRC序列，后隨CRC界定符（隱位）。CRC序列CRC場CRC界定符ACK場1隱位1隱位7 隱位1位發(fā)送器(11) -接收(01)- 3. 報文傳輸和幀結構數據幀應答場(ACK)幀結束：每個數據幀由7個隱位組成的標志序列界定在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位，當接收器

23、正確地接收到有效的報文，接收器就會在應答間隙期間向發(fā)送器發(fā)送“顯性”的位以示應答。ID28ID18ID28ID03. 報文傳輸和幀結構標準幀和擴展幀在CAN2.0B存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標識符的長度，具有11位標識符的幀稱為標準幀，而包括29位標識符的幀稱為擴展幀。3. 報文傳輸和幀結構標準幀和擴展幀SOFSRR11位標識符IDEr0DLC數據長度碼18位標識符RTRr1隱性位隱性位仲裁場控制場擴展幀SOFRTR11位標識符顯性位IDE顯性位r0DLC數據長度碼數據碼仲裁場控制場數據場標準幀顯性位遠程幀隱性位RTR：Remote Transmission RequestIDE：標

24、識符擴展位(Identifier Extension Bit)DLC：Data Length CodeSRR：替代遠程請求位(Substitute Remote Request Bit)3. 報文傳輸和幀結構標準幀和擴展幀激活為數據接收器的站可以借助于傳送一個遠程幀初始化各自源節(jié)點數據的發(fā)送。遠程幀由6個不同分位場組成： 幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應答場和幀結束幀間空間遠程幀幀間空間幀起始仲裁場控制場CRC場ACK場幀結束或超載幀特點：1、不存在數據場2、仲裁場中RTR為隱位； 3、控制場中DLC對應數據場中的DLC3. 報文傳輸和幀結構遠程幀出錯幀由兩個不同場組成，第一個由來自各幀的

25、錯誤標志疊加得到，后隨的第二個場是出錯界定符。數據幀出錯幀錯誤標志錯誤標志疊加錯誤界定符幀間空間或超載幀 錯誤標志有兩種形式： 活動錯誤標志：由6個連續(xù)的顯位組成 認可錯誤標志：由6個連續(xù)的隱位組成，除非被來自其他節(jié)點的顯位沖掉重寫。 出錯界定符包括8個隱位 錯誤標志發(fā)送后，每個站都送出隱位，并監(jiān)視總線，直到檢測到隱位。 此后開始發(fā)送剩余的7個隱位。3. 報文傳輸和幀結構出錯幀超載幀包括兩個位場：超載標志和超載界定符；導致發(fā)送超載標志的超載條件：要求延遲下一個數據幀或遠程幀的接收器的內部條件；在間歇場檢測到顯位超載標志由6個顯位組成，超載界定符由8個隱位組成。幀結束或超載幀超載標志超載標志疊加

26、超載界定符幀間空間或超載幀超載界定符錯誤界定符3. 報文傳輸和幀結構超載幀若存在連續(xù)6個顯位，則說明是出錯幀或超載幀，對于出錯幀或超載幀的處理可以相同；否則，為數據幀或遠程幀。若在仲裁場的RTR(SRR)位為顯位，則為標準格式數據幀；若RTR(SRR)位為隱性，則可能是擴展格式或遠程幀。再檢查隨后的IDE(r1)位，若為顯性則為標準格式遠程幀；若IDE(r1)位為隱性則為擴展格式幀，此時檢查擴展格式的RTR位(即18位標識符后的RTR位)，若為顯性則為擴展格式的數據幀，否則為擴展格式的遠程幀；3.報文傳輸和幀結構如何區(qū)別四種幀和標準/擴展幀SOFSRR11位標識符IDEr0DLC數據長度碼18

27、位標識符RTRr1隱性位隱性位仲裁場控制場擴展幀SOFRTR11位標識符顯性位IDE顯性位r0DLC數據長度碼數據碼仲裁場控制場數據場標準幀顯性位遠程幀隱性位SOF：Start of FrameRTR：Remote Transmission RequestIDE：識別符擴展位(Identifier Extension Bit)DLC：Data Length Code幀結束幀間空間間歇場總線空閑幀數據幀和遠程幀前面以幀間空間分開；超載幀和出錯幀前面沒有幀間空間；幀間空間包括間歇場和總線空閑場；間歇場由3個隱位組成，間歇期間不允許啟動發(fā)送數據幀和遠程幀，它僅起標注超載條件的作用；總線空閑場為任意長

28、度，此時總線開放，任何需要發(fā)送的站均可訪問總線。3.報文傳輸和幀結構幀間空間在超載幀和出錯幀前面沒有幀間空間，并且多個超載幀前面也不被幀間空間分隔。3.報文傳輸和幀結構幀間空間前一報文的發(fā)送器作為出錯認可節(jié)點時：填充錯誤：在應使用位填充方法進行編碼的報文中，出現(xiàn)了第6個連續(xù)相同的位電平時，將檢出一個位填充錯誤；4. CAN通信中的幾個問題-5種錯誤類型位填充場合：數據幀和遠程幀：SOF、仲裁場、控制場、數據場、 CRC序列位錯誤：向總線發(fā)送一位的單元同時也在監(jiān)視總線，當發(fā)現(xiàn)總線上數值與送出的位不同時，則在該位時刻檢測到一個位錯誤。例外：仲裁場的填充位流期間或應答間隙送出隱性位而檢測到顯性位；送

29、出認可錯誤標注的發(fā)送器在檢測到顯性位時。CRC錯誤：接收器計算結果與接收到的CRC 序列不相同，則檢出一個CRC錯誤；形式錯誤：當固定形式的位場中出現(xiàn)一個或多個非法位時，則檢出一個形式錯誤；應答錯誤：在應答間隙，發(fā)送器未檢測到顯位時，則由它檢出一個應答錯誤。4. CAN通信中的幾個問題- 5種錯誤類型應答場組成當檢測到CRC錯誤時，出錯標志在應答定界符后面那一位開始發(fā)送，除非其他出錯條件的錯誤標志已經開始發(fā)送。4. CAN通信中的幾個問題-出錯幀的發(fā)送檢測到出錯條件的站通過發(fā)送錯誤標志進行標定。當任何站檢出位錯誤、填充錯誤、形式錯誤、應答錯誤時，由該站在下一位開始送出錯誤標志?？偩€關閉：總線關

30、閉狀態(tài)不允許單元對總線有任何影響(如輸出驅動器關閉)。4. CAN通信中的幾個問題-錯誤界定錯誤激活(error active)：錯誤激活單元可以照常參與總線通信，并且當檢測到錯誤時，送出一個活動錯誤標志。(連續(xù)顯位)錯誤認可(error passive)：不允許錯誤認可節(jié)點送出活動錯誤標志，它可參與總線通信，但當檢測到錯誤時，只能送出認可錯誤標志。并且發(fā)送后仍被錯誤認可，直到下次發(fā)送初始比。 (連續(xù)隱位)4. CAN通信中的幾個問題-錯誤界定為了界定故障，在每個總線單元中都設有兩種計數：發(fā)送出錯計數：送出出錯標志加8,有例外-錯誤認可、位填充；發(fā)送成功減1直到0；達到128進錯誤認可、達到2

31、56進總線關閉；接收出錯計數：接收出錯加1(有例外)；送出錯誤標志后仍檢出顯位加8；位錯誤加8;成功接收減1直到0;達到128進錯誤認可4. CAN通信中的幾個問題-位定時與同步正常位速率：在非重同步情況下，借助理想發(fā)送器每秒發(fā)送的位數。正常位時間為正常位速率的倒數。正常位時間可分為幾個互不重疊的時間段：同步段(SS)、傳播段(PTS)、相位緩沖段1(PBS1)和相位緩沖段2(PBS2)：采樣點相位緩沖段1相位緩沖段2同步段傳播段一位時間（設為10個時間份額）4. CAN通信中的幾個問題-位定時與同步同步段：用于總線上各節(jié)點的同步，為此，段內需要一個跳變沿；傳播段：指總線上用于傳輸的延遲時間。

32、它是信號在總線上的傳輸時間、輸入比較器延遲和輸出驅動器延遲之和的兩倍；相位緩沖段1和相位緩沖段2：用于彌補跳變沿的相位誤差造成的影響，通過重同步，這兩個時間段可以被延長或縮短；采樣點：是讀取總線電平并理解該位數值的時刻；處理時間：是以采樣點為起點的一個時間段，采樣點后續(xù)的位電平用于理解該位數值；硬同步：位時間從同步段重新開始。因此，硬同步強迫由于硬同步引起的沿處于重新開始的位時間同步段之內；重同步跳轉寬度：重新同步的結果使相應緩沖段1增長，或使相位緩沖段2縮短。相位緩沖段加長或縮短的數量由重新同步跳轉寬度給定；同步規(guī)則：硬同步和重同步。硬同步在一幀開始時進行，重同步發(fā)生在位流傳輸期間。4. C

33、AN通信中的幾個問題-位定時與同步同步段是CAN總線位時間中每一位的起始部分，不管是發(fā)送節(jié)點發(fā)送一位或接收節(jié)點接收一位都從同步段開始；由于發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間存在網絡延遲及物理接口延遲，發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點對應同一位的同步段起始時刻都有一定得時延，為彌補這種時延給出了傳播段。相位緩沖段1和相位緩沖段2用于彌補沿的相位誤差，通過重同步調整采樣點，得到正確的采樣值。硬同步在一幀開始時進行。只在總線空閑或者幀間空間時，通過一個下降沿（總線電平從隱性位到顯性位的跳變）來完成。此時，不管有沒有相位誤差，所有節(jié)點的位時間都重新開始。重同步發(fā)生在位流傳送期間，節(jié)點根據沿相位誤差的大小調整其內部的位時間，使節(jié)

34、點內部的位時間與報文位流的位時間接近或相等。重同步用來彌補沿相位誤差，晶振頻偏、節(jié)點延時、噪音干擾都可能引起相位誤差，彌補的方法是延長相位緩沖段1或者縮短相位緩沖段2，調整采樣點的位置，延長或縮短的長度由同步跳轉寬度SJW確定。4. CAN通信中的幾個問題-位定時與同步邊沿的相位誤差由相對于同步段跳變邊沿的位置給出，以時間份額給出。邊沿相位誤差e與同步跳變沿的關系如下：e=0：同步跳變沿在同步段內；e0：同步跳變沿位于同步段之后，采樣點前，即跳變沿遲到了。彌補的方法是延長相位緩沖段1；e0變化時，將返回操作模式；中斷使能：接收中斷使能(CR.1)，發(fā)送中斷使能(CR.2)，錯誤中斷使能(CR.

35、3)，溢出中斷使能(CR.4)通訊速率設置：總線時序寄存器(BTR0)和(BTR1)；消息濾波：驗收代碼寄存器(ACR)和驗收屏蔽寄存器(AMR)。接收標識符的ID10-ID3各位必須在對應AMR.7-AMR.0各位中不為1的位與ACR.7-ACR.0相應位相同；BasicCAN各寄存器主要功能說明5. CAN控制器-SJA1000命令寄存器(CMR)：啟動動作：發(fā)送請求、中止發(fā)送、釋放接收緩沖器、清除數據溢出、睡眠等；狀態(tài)寄存器(SR)：反映SJA1000當前狀態(tài)，包括：接收緩沖器狀態(tài)、數據溢出、發(fā)送緩沖器狀態(tài)、發(fā)送完成狀態(tài)、接收狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)、出錯狀態(tài)、總線狀態(tài)等；中斷寄存器(IR)：用于

36、中斷源識別。當該寄存器中有被置1的位時，INT引腳被激活，在該寄存器被讀過后自動清除。中斷源包括：接收中斷、發(fā)送中斷、錯誤中斷、數據溢出中斷、喚醒中斷。發(fā)送/接收數據標識碼(ID0-ID10)：ID10為最高位，最先被發(fā)送到總線上；遠程發(fā)送請求位(RTR)：為1：在總線上發(fā)送遠程請求幀，幀中沒有數據，但需要一個確切的數據長度碼，說明要求回應的有相同標志碼的數據幀的長度；數據長度碼(DLC)：長度值最大為8，超過8時默認為8；發(fā)送/接收數據域5. CAN控制器-SJA1000地址操作模式復位模式讀寫讀寫0模式(MOD)1(00H)命令(CMR)(00H)命令(CMR)2狀態(tài)(SR)-3中斷(IR

37、)-4中斷使能5(00H)-(00H)-6總線時序0(BTR0)-總線時序0(BTR0)7總線時序1(BTR1)-總線時序1(BTR1)8輸出控制-9測試10(00H)-(00H)-11仲裁丟失捕捉-12錯誤代碼捕捉-13錯誤報警限額-14RX錯誤計數器-15TX錯誤計數器-PeliCAN地址分配表地址操作模式復位模式讀寫讀寫16RX幀報文SFFRX幀報文EFFTX幀報文SFFTX幀報文EFF驗收代碼0驗收代碼017RX標識碼1RX標識碼1TX標識碼1TX標識碼1驗收代碼1驗收代碼118RX標識碼2RX標識碼2TX標識碼2TX標識碼2驗收代碼2驗收代碼219RX數據1RX標識碼3TX數據1TX

38、標識碼3驗收代碼3驗收代碼320RX數據2RX標識碼4TX數據2TX標識碼4驗收屏蔽0驗收屏蔽021RX數據3RX數據1TX數據3RX數據1驗收屏蔽1驗收屏蔽122RX數據4RX數據2TX數據4RX數據2驗收屏蔽2驗收屏蔽223RX數據5RX數據3TX數據5RX數據3驗收屏蔽3驗收屏蔽324RX數據6RX數據4TX數據6RX數據4(00H)-25RX數據7RX數據5TX數據7RX數據5(00H)-26RX數據8RX數據6TX數據8RX數據6(00H)-27(FIFO RAM)RX數據7-RX數據7(00H)-28(FIFO RAM)RX數據8-RX數據8(00H)-29RX報文計數器-30RX

39、緩沖區(qū)起始地址-31時鐘分配器時鐘分配器32-95內部RAM地址0-63(FIFO)-內部RAM內部RAM96-108內部RAM地址64-76(TX緩沖區(qū))-內部RAM內部RAM109-111內部RAM地址77-79(空閑)-內部RAM內部RAM112-127(00H)-(00H)-5. CAN控制器-SJA1000CAN模式選擇：時鐘分配器的位(CDR.7)：在復位階段，將該位設置為0系統(tǒng)工作在BasicCAN模式，設置成1工作在PeliCAN模式；模式寄存器(MOD)：復位請求：模式寄存器的復位請求位(MOD.0)，系統(tǒng)檢測到MOD.0為1時將中止當前接收/發(fā)送的報文而進入復位模式，當MO

40、D.0位出現(xiàn)1-0變化時，將返回操作模式；只聽模式、自檢模式、驗收濾波器模式、睡眠模式；通訊速率設置：總線時序寄存器(BTR0)和(BTR1)；消息濾波：驗收代碼寄存器(ACR)和驗收屏蔽寄存器(AMR)；中斷使能寄存器(IER)：PeliCAN各寄存器主要功能說明5. CAN控制器-SJA1000命令寄存器(CMR) 狀態(tài)寄存器(SR) 中斷寄存器(IR)發(fā)送/接收數據標識碼(ID0-ID10)遠程發(fā)送請求位(RTR) 數據長度碼(DLC) 發(fā)送/接收數據域。CAN地址內容16TX幀信息17TX標識碼118TX標識碼219TX數據字節(jié)120TX數據字節(jié)221TX數據字節(jié)322TX數據字節(jié)42

41、3TX數據字節(jié)524TX數據字節(jié)625TX數據字節(jié)726TX數據字節(jié)827未用28未用標準幀格式CAN地址內容16TX幀信息17TX標識碼118TX標識碼219TX標識碼320TX標識碼421TX數據字節(jié)122TX數據字節(jié)223TX數據字節(jié)324TX數據字節(jié)425TX數據字節(jié)526TX數據字節(jié)627TX數據字節(jié)728TX數據字節(jié)8擴展幀格式5. CAN控制器- SJA1000發(fā)送緩沖器5. CAN控制器- SJA1000發(fā)送緩沖器TX結構信息BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0FFRTRxxDLC.3DLC.2DLC.1DLC.0BIT7BIT6BIT5BIT4BI

42、T3BIT2BIT1BIT0ID.28ID.27ID.26ID.25ID.24ID.23ID.22ID.21BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID.20ID.19ID.18ID.17ID.16ID.15ID.14ID.13BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID.12ID.11ID.10ID.9ID.8ID.7ID.6ID.5BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ID.4ID.3ID.2ID.1ID.0 xxxTX標志碼1TX標志碼2TX標志碼3TX標志碼40:標準幀1:擴展幀遠程發(fā)送請求數據長度代碼地址內容(

43、標準幀)內容(擴展幀)16RX幀信息RX幀信息17RX標識碼1RX標識碼118RX標識碼2RX標識碼219RX數據字節(jié)1RX標識碼320RX數據字節(jié)2RX標識碼421RX數據字節(jié)3RX數據字節(jié)122RX數據字節(jié)4RX數據字節(jié)223RX數據字節(jié)5RX數據字節(jié)324RX數據字節(jié)6RX數據字節(jié)425RX數據字節(jié)7RX數據字節(jié)526RX數據字節(jié)8RX數據字節(jié)627RX數據字節(jié)728RX數據字節(jié)85. CAN控制器- SJA1000接收緩沖器5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器單過濾模式：雙過濾模式：驗收代碼寄存器（ACR）：接收報文的標識位與該寄存器相應位相同才允許通過；驗收屏蔽寄存器（AM

44、R）：該寄存器為1的位對應的驗收代碼寄存器位失效。是CAN總線實現(xiàn)點對點，一點對多點通信的重要寄存器。在驗收濾波器的作用下，只有當接收報文中的標識位和驗收濾波器預定義的值相等時，CAN控制器才允許將已接收到得報文存入RXFIFO過濾模式包括單過濾模式和雙過濾模式5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器BasicCAN模式下，驗收代碼位AC.7-AC.0和報文標識符的高8位(ID10-ID3)必須相等才允許接收，不相等位需由相應的驗收屏蔽位為1來進行屏蔽。0111001000111000ACRAMRID01xxx010 xxxID10ID0ACR7ACR0ACRAMRFilter接收FIF

45、O數據標準幀標識符中的8位用于接收濾波接收濾波器11位標識符5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器PeliCAN模式下，通過模式字MOD.3來確定選擇單濾波模式(1)還是雙濾波模式(0)。ACR076543210ACR176543210ACR276543210ACR376543210AMR076543210AMR076543210AMR076543210AMR076543210ID28ID21ID20ID19ID18RTRDB1.7DB1.0DB2.7DB2.0單濾波模式(4字節(jié)長濾波器)標準幀5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器PeliCAN模式下，通過模式字MOD.3來確

46、定選擇單濾波模式(1)還是雙濾波模式(0)。ACR076543210ACR176543210ACR276543210ACR376543210AMR076543210AMR076543210AMR076543210AMR076543210ID28ID21ID20RTRID0ID13ID5ID4單濾波模式(4字節(jié)長濾波器) ID12擴展幀5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器PeliCAN模式下，通過模式字MOD.3來確定選擇單濾波模式(1)還是雙濾波模式(0)。ACR076543210ACR176543210AMR076543210AMR076543210AMR276543210ID28

47、ID21ID20ID19ID18RTRDB1.7雙濾波模式(2個2字節(jié)短濾波器)ACR276543210ACR37654AMR37654ACR33210AMR33210DB1.0兩個濾波器至少有一個表示為“接受”標準幀5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器PeliCAN模式下，通過模式字MOD.3來確定選擇單濾波模式(1)還是雙濾波模式(0)。ACR076543210ACR176543210AMR076543210AMR076543210AMR276543210ID28ID21ID20ID13雙濾波模式(2個2字節(jié)短濾波器)ACR276543210ACR376543210AMR3765

48、43210兩個濾波器至少有一個表示為“接受”擴展幀5. CAN控制器- SJA1000驗收濾波器例：假設有下面2個標準幀標識符的報文在標識符不用進一步譯碼就被接收。數據和遠程幀必須被正確接收。數據字節(jié)不要求驗收濾波。 報文1: (ID.28) 1011 1100 101 (ID.18) 報文2: (ID.28) 1111 0100 101 (ID.18)0123ACRn1x11 x100101xxxxx xxxxxxxx xxxxAMRn0100 100000011111 11111111 1111接收的報文(ID.28-ID.18,RTR)1011 0100 101x1111 0100 10

49、1x1011 1100 101x1111 1100 101x濾波器1濾波器2013低4位23高4位ACRn1011 1100101x xxxxxxxx1111 0100101x AMRn0000 00000001 111111110000 00000001 接收的報文(ID.28-ID.18,RTR)1011 1100 101x1111 0100 101x單濾波模式雙濾波模式5. CAN控制器- SJA1000波特率設置CAN總線上的傳輸波特率由總線時序寄存器0(BTR0)和總線時序寄存器1(BTR1)設置；BTR0定義了波特率預置器(BRP)和同步跳轉寬度(SJW)值；CAN系統(tǒng)時鐘 tSC

50、L = 2 * 晶振振蕩周期tCLK *(32*BRP.5+16*BRP.4+8*BRP.3+4*BRP.2+2*BRP.1+BRP.0+1)預置器最大值=64BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SJW.1SJW.0BRP.5BRP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0為補償在不同總線控制器的時鐘振蕩器之間的相位漂移，任何總線控制器必須在當前傳送的任一相關信號邊沿重新同步。同步跳轉寬度tsjw定義了一個位周期可以被一次重新同步縮短或延長的時鐘周期的最大數目。1/(位周期+Tsjw)=CAN實際波特率周期=1/(位周期-Tsjw)tsjw=tscl*(2*SJW

51、.1+SJW.0+1)5. CAN控制器- SJA1000波特率設置BTR1定義了一個位周期的長度、采樣點的位置和在每個采樣點的采樣數目(SAM)；BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TESG1.3TSEG1.2TSEG1.1TSEG1.0CAN位時鐘周期數 = 同步時間段+時間段1+時間段2 = 1+(8*TSEG1.3+4*TSEG1.2+2*TSEG1.1+TSEG1.0+1) +(4*TSEG2.2+2*TSEG2.1+TSEG2.0+1)最大值=25采樣位SAM:1: 3次采樣,建議在低/中速總線上使用；0:

52、 單次采樣，建議在高速（100K以上）總線中使用。5. CAN控制器- SJA1000波特率設置采樣點XTAL預計的位時間tTSEG1tTSEG2同步段同步段波特率預制值(BRP)tCLKtSCLCAN設晶振頻率為16M，則：根據上圖計算得傳輸速率為：1/2*（1/16M)*(1+1) * (1+(5+1)+(2+1) = 1/ 2*(1/16M)*2*10 = 400KBRP=000001; TSEG1=0101; TSEG2=0105. CAN控制器- SJA1000波特率設置例：設晶振頻率為16M，BTR0和BTR1寄存器的設置如下，計算該設置的通信速率。BTR0=0 x03,BTR1=

53、0 x1CBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SJW.1SJW.0BRP.5BRP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TESG1.3TSEG1.2TSEG1.1TSEG1.0BTR0BRP0 x03 = CAN系統(tǒng)時鐘 tSCL= 2*(1/16M)*(2+1+1)=1/2M;TSEG1=0 x0c,TSEG2=0 x01 = CAN位時鐘周期數 = 同步時間段+時間段1+時間段2 = 1+(8*1+4*1+2*0+0+1) +(4*0+2*0+1

54、+1) = 16= 通信位速率=1/(tSCL*CAN位時鐘周期數)=1/(1/2M * 16)=2M/16=125KbpsBTR15. CAN總線收發(fā)器 是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。為CAN控制器提供差動發(fā)送和接收數據；CAN收發(fā)器PCA82C250TJA1050 PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口。此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。又稱為總線驅動器。符合ISO11898標準，最高速率1Mbps；抗汽車環(huán)境瞬間干擾，具有保護總線能力；斜率控制，降低射頻干擾RFI；熱保護以及電源和地短路保護；低電流待機模式；未上電的節(jié)點對總線無影響；可連

55、接110個節(jié)點；工作溫度-40+125。5. CAN收發(fā)器-PCA82C250內部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級對電源、地或負載短路。雖然短路出現(xiàn)時功耗增加但不至于損壞器件。若結溫超過160，則兩個輸出端電流限將減小，從而限制了芯片溫升。器件的所有其他部分將繼續(xù)工作。雙線差分驅動有助于抑制汽車等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾。5. CAN收發(fā)器-PCA82C250功能完成CAN協(xié)議電平轉換；完成數據收發(fā)；起到保護和抗干擾作用。引腳信號TXD：發(fā)送數據輸入RXD：接收數據輸出CANL：低電平CAN總線CANH：高電平CAN總線Vref：參考電壓輸出RS：模式選擇，0：高速模式；1：靜音模式，只收不發(fā)；

56、R:斜率控制5. CAN收發(fā)器-PCA82C250PCA82C250收發(fā)器的典型應用如圖。SJA1000的RX和TX分別通過光電隔離電路連接到82C250，82C250的差動收發(fā)端CANH和CANL連接到總線電纜。輸入RS用于模式控制。Vref輸出電壓是0.5Vcc，（Vcc=5V）。5. CAN收發(fā)器-PCA82C250CAN總線建立通信的步驟系統(tǒng)上電后的主要任務設定主控制器連接到SJAl000的硬件和軟件關系；設定用于通信的CAN各個控制器，例如關于模式、驗收濾波器和位時序等方面數值。在應用的主過程中的主要任務準備要發(fā)送的信息，并激活SJAl000以發(fā)送它們；處理被CAN控制器所接收的報文

57、信息；處理通信期間發(fā)生的錯誤。6. CAN通信的控制與應用CAN通信控制驗收濾波器與信息識別節(jié)點之間報文信息幀：數據幀和遠程幀，由RTR位區(qū)分。通過驗收濾波器識別信息幀的目標地址。各節(jié)點ID碼保存在接收代碼寄存器(ACR)中，屏蔽位保存在接收屏蔽寄存器(AMR)中。6. CAN通信的控制與應用CAN通信控制例1：某節(jié)點的驗收代碼寄存器（ACR）和驗收屏蔽寄存器（AMR）如下：例2：對于有81H,82H,83H,84H,85H,86H節(jié)點的網絡，若主機想同時對81H,82H,83H發(fā)送信息，則信息幀的標識符ID高8位可寫為：87H或07H，各節(jié)點由AMR進行過濾。優(yōu)點：容易實現(xiàn)單點對其他點任意組

58、合的信息發(fā)送；各節(jié)點具有不同的優(yōu)先級，保證關鍵節(jié)點不被阻塞；每個節(jié)點都能使用兩種地址編碼，且優(yōu)先級不同，保證關鍵指令首先被接收6. CAN通信的控制與應用CAN通信控制6. CAN通信的控制與應用SJA1000器件由初始化程序、發(fā)送程序、接收程序三部分組成。初始化程序主要是對CAN控制器控制段中寄存器寫入控制字，從而確定CAN控制器的工作方式。相關寄存器包括：模式寄存器、時鐘分頻寄存器、驗收代碼和驗收屏蔽寄存器、總線定時寄存器、輸出控制寄存器。三種情形進入初始化程序：上電復位、硬件復位、軟件復位數據發(fā)送程序只需將被發(fā)送的信息幀傳送到CAN的發(fā)送緩沖區(qū)，然后將命令寄存器里的發(fā)送請求標志置位（即啟

59、動發(fā)送命令）即可；發(fā)送可采用中斷請求或查詢狀態(tài)標志兩種控制方式6. CAN通信的控制與應用通信軟件數據接收程序 信息從CAN總線到CAN接收緩沖區(qū)是由CAN控制器根據CAN協(xié)議規(guī)約自動獨立完成的。驗收濾波正確后，收到的信息自動放到接收緩沖器內。由主控制器進行讀操作，將這條信息發(fā)送到本地的信息存儲器，然后釋放接收緩沖器并對信息進行操作。6. CAN通信的控制與應用通信軟件6. 基于RS232協(xié)議的CAN總線網絡7. CAN高層協(xié)議TTCAN CANopenDeviceNet7. CAN高層協(xié)議-TTCAN消息的傳輸機制事件觸發(fā)機制 指消息的交換是由外部事件的發(fā)生引起的，該方式可以較靈活的分配資源

60、，但當多個事件同時發(fā)生時，會造成多個節(jié)點訪問總線的沖突；時間觸發(fā)機制 指消息的交換以時間為基準，網絡中個節(jié)點發(fā)送消息的時刻都是預先分配好的，主要適用于周期性的消息。CAN總線本質上屬于事件觸發(fā)機制。ISO11898-4在CAN協(xié)議棧中物理層和數據鏈路層之上增加了一個會話層，將CAN擴展為基于時間觸發(fā)機制的TTCAN (time-triggered CAN)。矩陣周期構成TT-CAN的一個通訊單元。7. CAN高層協(xié)議TTCAN消息交換調度表參考報文報文1報文2仲裁窗口備用窗口報文3參考報文報文1報文4報文5報文3參考報文報文1報文7仲裁窗口仲裁窗口報文3參考消息報文4備用窗口報文3報文6報文1