02.stm8課堂筆記分開版第26講can總線概述

1、舉一反三課堂筆記STM8開發(fā)板課件文檔：http： HYPERLINK http:/z/ http:/z：zxkj-ly，免費(fèi)獲取 STM8 資料。公眾STM8 技術(shù)【】第 1頁(yè) 共 16 頁(yè)：第 26 講CAN 總線概述目 錄CAN3車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想示意圖326.1.2CAN 總線特點(diǎn)426.1.3總線拓?fù)鋱D626.1.4CAN 電平特性626.2 CAN 協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格726.2.1ISO 標(biāo)準(zhǔn)化的 CAN 協(xié)議826.2.2ISO11898 和 ISO11519-2 的不同點(diǎn)826.2.3驅(qū)動(dòng) IC 的選擇926.3 CAN 幀種類介紹926.3.1幀的種類及用途102

2、6.3.2CAN 數(shù)據(jù)幀介紹1026.3.3總線優(yōu)先級(jí)的決定1326.3.4CAN 位速率1426.4 同步的方法16第 2 頁(yè) 共 16 頁(yè)：26.1CANCAN 是 Controller Area Network 的縮寫（以下稱為 CAN），是 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè) LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國(guó)電氣商博世

3、公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過 ISO11898 及 ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。CAN 協(xié)議經(jīng)過ISO 標(biāo)準(zhǔn)化后有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)和ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)。其中 ISO11898 是針對(duì)通信速率為 125Kbps1Mbps 的高速通信標(biāo)準(zhǔn)， 而ISO11519-2 是針對(duì)通信速率為 125Kbps 以下的低速通信標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。26.1.1車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想示意圖圖 1 是車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想示意圖。CAN 等通信協(xié)議的開發(fā)，使多

4、種 LAN 通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行得以實(shí)現(xiàn)。第 3 頁(yè)共 16 頁(yè)：圖 26.1 車載網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想示意圖26.1.2CAN 總線特點(diǎn)CAN 協(xié)議具有以下特點(diǎn)。(1) 多主控制在總線空閑時(shí)，所有的單元都可開始發(fā)送消息（多主控制）?？偩€的單元可獲得發(fā)送權(quán)（CSMA/CA 方式 *1 ）。最先多個(gè)單元同時(shí)開始發(fā)送時(shí)，發(fā)送高優(yōu)先級(jí) ID 消息的單元可獲得發(fā)送權(quán)。(2) 消息的發(fā)送在 CAN 協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送?？偩€空閑時(shí)，所有與總線相連的單元都可以開始發(fā)送新消息。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)符（Identifier 以下稱為 ID）決定優(yōu)先級(jí)。ID 并不是表示發(fā)送的目的地址，而是表

5、示總線的消息的優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，對(duì)各消息 ID 的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較。仲裁獲勝（被判定為優(yōu)先級(jí)最高）的第 4 頁(yè) 共 16 頁(yè)：?jiǎn)卧衫^續(xù)發(fā)送消息，仲裁失利的單元?jiǎng)t立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。(3) 系統(tǒng)的柔軟性與總線相連的單元沒有類似于“地址”的信息。因此在總線上增加單元時(shí)，連接在總線上的其它單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。(4) 通信速度根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，可設(shè)定適合的通信速度。在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有單元必須設(shè)定成的通信速度。即使有一個(gè)單元的通信速度與其它的不一樣，此單元也會(huì)輸出錯(cuò)誤信號(hào)，妨礙整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。不同網(wǎng)絡(luò)間則可以有不同的通信速度。(5)數(shù)據(jù)請(qǐng)求可通過發(fā)

6、送“幀” 請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。(6) 錯(cuò)誤檢測(cè)功能錯(cuò)誤通知功能錯(cuò)誤恢復(fù)功能所有的單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能）。檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元（錯(cuò)誤通知功能）。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤， 會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。 強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止（錯(cuò)誤恢復(fù)功能）。(7) 故障封閉CAN 可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上出去。(8) 連接CAN 總線是可同時(shí)連接多個(gè)單元的總線?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是

7、沒有限第 5 頁(yè) 共 16 頁(yè)：制的。但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的單元數(shù)減少。26.1.3 總線拓?fù)鋱DCAN 控制器根據(jù)兩根線上的電位差來判斷總線電平?？偩€電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。圖 26.2 CAN 總線拓?fù)鋱D26.1.4CAN 電平特性使用 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)，物理層特征。第 6 頁(yè) 共 16 頁(yè)：圖 26.3 ISO11898（125K1Mbps）電平特征CAN 控制器根據(jù) CAN_L 和 CAN_H 上的電位差來判斷總線電平。總

8、線電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。顯性電平對(duì)應(yīng)邏輯：0CAN_H 和 CAN_L 之差為 2V 左右。隱性電平對(duì)應(yīng)邏輯：1CAN_H 和 CAN_L 之差為 0V。顯性電平具有優(yōu)先權(quán)，只要有一個(gè)單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。而電平則具有包容的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平（顯性電平比隱性電平更強(qiáng)）。另外，在 CAN 總線的起止端都有一個(gè) 120的終端電阻，來做阻抗匹配，以減少回波反射。26.2 CAN 協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格CAN 協(xié)議經(jīng) ISO 標(biāo)準(zhǔn)化后有 ISO11898標(biāo)準(zhǔn)和 ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)兩

9、種。第 7 頁(yè) 共 16 頁(yè)：ISO11898 和ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層的定義相同，但物理層不同。ISO11898是通信速度為125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信標(biāo)準(zhǔn)。ISO11519是通信速度為125kbps 以下的 CAN 低速通信標(biāo)準(zhǔn)。26.2.1ISO標(biāo)準(zhǔn)化的 CAN協(xié)議CAN協(xié)議經(jīng) ISO 標(biāo)準(zhǔn)化后有 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)和 ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)兩種。ISO11898ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層的定義相同，但物理層不同。和ISO11898是通信速度為 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信標(biāo)準(zhǔn)。ISO11519是通信速度為

10、125kbps 以下的 CAN 低速通信標(biāo)準(zhǔn)。26.2.2ISO11898 和 ISO11519-2 的不同點(diǎn)1、物理層的不同點(diǎn)ISO11898 和 ISO11519-2 在 CAN 協(xié)議中物理層的標(biāo)準(zhǔn)有所不同。CAN 協(xié)議的物理層如圖 7 所示，定義了三個(gè)子層，ISO11898 和 ISO11519-2 在物理層中的 PMA 層和 MDI 層有所不同。在物理層（PMA 層、MDI 層），ISO11898 和 ISO11519-2 的主要不同點(diǎn)如表 26-1 所示。第 8 頁(yè) 共 16 頁(yè)：表 26-1ISO11898和11519-2物理層的主要不同點(diǎn)26.2.3驅(qū)動(dòng) IC 的選擇ISO118

11、98 與 ISO11519-2 的物理層的規(guī)格不同，每種規(guī)格需要有專門的驅(qū)動(dòng) IC 與之相對(duì)應(yīng)。ISO11898 及 ISO11519-2 所對(duì)應(yīng)的主要的驅(qū)動(dòng) IC 如表 5所示。表 26-2 ISO11898 和 11519-2 物理層的主要不同點(diǎn)26.3 CAN 幀種類介紹通信是通過以下 5 種類型的幀進(jìn)行的。數(shù)據(jù)幀第 9 頁(yè) 共 16 頁(yè)：驅(qū)動(dòng)ICISO 11898(High speed)ISO 11519-2(Low speed)HA13721RPJE(RENESAS)PCA82C250(Philips) Si9200(Siliconix) CF15(ch)PCA82C252(Phil

12、ips) TJA1053(Philips) SN65LBC032(Texas Instruments)物理層ISO 11898(High speed)ISO 11519-2(Low speed)通信速度最高 1Mbps最高 125kbps總線最大長(zhǎng)度40m/1Mbps1km/40kbps連接單元數(shù)最大 30最大 20總線拓?fù)潆[性顯性隱性顯性MinNomMaxMinNomMaxMinNomMaxMinNomMaxCAN_High(V)2.002.503.002.753.504.501.601.751.903.854.005.00CAN_Low(V)2.002.503.000.501.502.25

13、00.001.001.15電位差 (H-L)(V)-0.500.051.52.03.0-0.3-1.5-0.33.00-雙絞線 （/非）閉環(huán)總線阻抗(Z)：120 (Min.85 Max.130 )總線電阻率(r)：70m /m總線延遲時(shí)間：5ns/m終端電阻：120 (Min.85 Max.130 )雙絞線 （/非）開環(huán)總線阻抗()：120 (Min.85 Max.130 )總線電阻率()：90m /m總線延遲時(shí)間：5ns/m終端電阻：2.20k ( Max.2.31k )CAN_L 與 GND 間靜電容量 30pF/m CAN_H 與 GND 間靜電容量 30pF/m

14、 CAN_L 與 GND 間靜電容量 30pF/m幀錯(cuò)誤幀過載幀幀間隔標(biāo)準(zhǔn)格式有 11另外， 數(shù)據(jù)幀和幀有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種格式。個(gè)位的標(biāo)識(shí)符 （Identifier: 以下稱 ID） ，擴(kuò)展格式有 29 個(gè)位的ID。26.3.1幀的種類及用途表 26-3幀的種類及用途26.3.2CAN 數(shù)據(jù)幀介紹數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)段。(1)幀起始：表示數(shù)據(jù)幀開始的段。(2)仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段。(3)控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。(4)數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可發(fā)送 08 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。(5) CRC 段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段。(6) ACK 段：表示確認(rèn)正常接收的段。第 10 頁(yè) 共 16 頁(yè)

15、：幀幀用途數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)的幀。搖控幀用于接收單元向具有相同 ID 的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀。錯(cuò)誤幀用于當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其它單元通知錯(cuò)誤的幀過載幀用于接收單元通知其尚未做好接收準(zhǔn)備的幀幀間隔用于將數(shù)據(jù)幀及幀與前面的幀分離開來的幀(7) 幀結(jié)束：表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段。下面對(duì)幀的進(jìn)行說明。圖 26.4數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)一、幀起始（標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展格式相同）表示幀開始的段。1 個(gè)位的顯性位。二、仲裁段表示數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)的段。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式在此的有所不同。第 11 頁(yè)共 16 頁(yè)：圖 26.5 數(shù)據(jù)幀（終裁段）ID：，低位在后?；?ID，高 7 位都為隱性，即不能：ID=1111111X。RTR

16、，請(qǐng)求位。0，數(shù)據(jù)幀；1，幀；SRR，替代請(qǐng)求位。設(shè)置為 1（隱性電平）；IDE，標(biāo)識(shí)符選擇位。0，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符；1，擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符；三、控制段控制段由 6 個(gè)位，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的有所不同。四、數(shù)據(jù)段（標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展格式相同）數(shù)據(jù)段可包含 08 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。從 MSB（最）開始輸出。五、CRC段（標(biāo)準(zhǔn)/擴(kuò)展格式相同）CRC段是檢查幀傳輸錯(cuò)誤的幀。由 15個(gè)位的 CRC順序 *1 和 1 個(gè)位的CRC 界定符（用于分隔的位）六、ACK 段第 12 頁(yè)共 16 頁(yè)：ACK 段用來確認(rèn)是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2個(gè)位。圖 26.6 數(shù)據(jù)幀（A

17、CK 段）發(fā)送單元 ACK 段：發(fā)送 2 個(gè)隱性位。接收單元 ACK 段：接收到正確消息的單元，在 ACK 槽發(fā)送顯性位，通知發(fā)送單元，正常接收結(jié)束。稱之為發(fā)送 ACK/返回 ACK。七、幀結(jié)束幀結(jié)束是表示該該幀的結(jié)束的段。由 7 個(gè)位的隱性位。26.3.3總線優(yōu)先級(jí)的決定在總線空閑態(tài)，最先開始發(fā)送消息的單元獲得發(fā)送權(quán)。多個(gè)單元同時(shí)開始發(fā)送時(shí)，各發(fā)送單元從仲裁段的第一位開始進(jìn)行仲裁。連續(xù)輸出顯性電平最多的單元可繼續(xù)發(fā)送。第 13 頁(yè) 共 16 頁(yè)：圖 26.7 總線優(yōu)先級(jí)判斷規(guī)律：1，總線空閑時(shí)，最先發(fā)送的單元獲得發(fā)送優(yōu)先權(quán)，一但發(fā)送，其他單元無法搶占。2，如果有多個(gè)單元同時(shí)發(fā)送，則連續(xù)輸出顯

18、性電平多的單元，具有較高優(yōu)先級(jí)。從 ID 開始比較，如果 ID 相同，還可能會(huì)比較 RTR 和 SRR 等位。26.3.4CAN 位速率位速率。由發(fā)送單元在非同步的情況下發(fā)送的每秒鐘的位數(shù)稱為位速率。一個(gè)位一般可以分為如下四段：同步段（SS）時(shí)間段（PTS）相位緩沖段 1（PBS1）相位緩沖段 2（PBS2）第 14 頁(yè) 共 16 頁(yè)：表 26-4段及其作用圖 26.8 1 個(gè)位的采樣點(diǎn)：第 15 頁(yè) 共 16 頁(yè)：段名稱段的作用Tq 數(shù)同步段（SS: Synchronization Segment）多個(gè)連接在總線上的單元通過此段實(shí)現(xiàn)時(shí)序調(diào)整，同步進(jìn)行接收和發(fā)送的工作。由隱性電平到顯性電平的邊沿或由顯性電平到隱性電平邊沿最好出現(xiàn) 在此段中。1Tq825Tq時(shí)間段（PTS: Propagation Time Segment）用于吸收網(wǎng)絡(luò)上的物理延遲的段。所謂的網(wǎng)絡(luò)的物理延遲指發(fā)送單元的輸出延遲、總線上信號(hào)的延遲、接收單元的輸入延遲。這個(gè)段的時(shí)間為以上各延遲時(shí)間的和的兩倍。18Tq相位緩沖段 1(PBS1: Phase Buffer Segment 1)當(dāng)信號(hào)邊沿不能被包含于 SS 段中時(shí)，可在此段進(jìn)行補(bǔ)償。由于各單元以各自獨(dú)立的時(shí)鐘工作， 細(xì)微的時(shí)鐘誤差會(huì)累積起來，PBS 段可用于吸收此誤差