CAN總線外文文獻(xiàn)及譯稿

1、華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文文獻(xiàn)及譯稿華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計外文文獻(xiàn)及譯稿第第 頁共10頁（DLC）bits。TheDataLengthCodebitsdeterminehowmanydatabytesareincludedinthemessage.ItshouldbenotedthataRemoteFramehasnodatafield，regardlessofthevalueoftheDLCbits.TheDataFieldconsistsofthenumberofdatabytesdescribedintheDataLengthCodeoftheControlField。TheCRCField

2、consistsofa15-bitCRCfieldandaCRCdelimiter，andisusedbyreceivingnodestodetermineiftransmissionerrorshaveoccurred。TheAcknowledgeFieldisutilizedtoindicateifthemessagewasreceivedcorrectly。Anynodethathascorrectlyreceivedthemessage,regardlessofwhetherthenodeprocessesordiscardsthedata，putsadominantbitontheb

3、usintheACKSlotbittimeThelasttwomessagetypesareErrorFramesandOverloadFrames.WhenanodedetectsoneofthemanytypesoferrorsdefinedbytheCANprotocol,anErrorFrameoccurs.OverloadFramestellthenetworkthatthenodesendingtheOverloadFrameisnotreadytoreceiveadditionalmessagesatthistime，orthatintermissionhasbeenviolat

4、ed.Theseerrorswillbediscussedinmoredetailinthenextsection。Fast，RobustCommunicationBecauseCANwasinitiallydesignedforuseinautomobiles，aprotocolthatefficientlyhandlederrorswascriticalifitwastogainmarketacceptance。Withthereleaseofversion2.0BoftheCANspecification,themaximumcommunicationratewasincreased8x

5、overtheversion1。0specificationto1Mbit/sec。Atthisrate,eventhemosttimecriticalparameterscanbetransmittedseriallywithoutlatencyconcerns.Inadditiontothis,theCANprotocolhasacomprehensivelistoferrorsitcandetectthatensurestheintegrityofmessages。CANnodeshavetheabilitytodeterminefaultconditionsandtransitiont

6、odifferentmodesbasedontheseverityofproblemsbeingencountered。Theyalsohavetheabilitytodetectshortdisturbancesfrompermanentfailuresandmodifytheirfunctionalityaccordingly。CANnodescantransitionfromfunctioninglikeanormalnode（beingabletotransmitandreceivemessagesnormally），toshuttingdowncompletely（busoff）ba

7、sedontheseverityoftheerrorsdetected。ThisfeatureiscalledFaultConfinement。NofaultyCANnodeornodeswillbeabletomonopolizeallofthebandwidthonthenetworkbecausefaultswillbeconfinedtothefaultynodesandthesefaultynodeswillshutoffbeforebringingthenetworkdown。ThisisverypowerfulbecauseFaultConfinementguaranteesba

8、ndwidthforcriticalsysteminformation。ConclusionTheCANprotocolwasoptimizedforsystemsthatneedtotransmitandreceiverelativelysmallamountsofinformation(ascomparedtoEthernetorUSB,whicharedesignedtomovemuchlargerblocksofdata)reliablytoanyorallothernodesonthenetwork.CSMA/CDallowseverynodetohaveanequalchancet

9、ogainaccesstothebus,andallowsforsmoothhandlingofcollisions。Sincetheprotocolismessagebased，notaddressbased，allmessagesonthebusreceiveeverymessageandacknowledgeeverymessage，regardlessofwhetherinneedsthedataornot.Thisallowsthebustooperateinnodetonodeormulticastmessagingformatswithouthavingtosenddiffere

10、nttypesofmessages.Fast，robustmessagetransmissionwithfaultconfinementisalsoabigplusforCANbecausefaultynodeswillautomaticallydropoffthebusnotallowinganyonenodefrombringinganetworkdown。Thiseffectivelyguaranteesthatbandwidthwillalwaysbeavailableforcriticalmessagestobetransmitted。Withallofthesebenefitsbu

11、iltintotheCANprotocolanditsmomentumintheautomotiveworld,othermarketswillbegintoseeandimplementCANintotheirsystems。CAN總線協(xié)議簡介控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的最初創(chuàng)建者是80年代中期的德國汽車系統(tǒng)供應(yīng)商羅伯特博世，作為汽車應(yīng)用啟用強(qiáng)大的串行通信的方法。其目標(biāo)是讓汽車更可靠，安全,省油同時減少線束的重量和復(fù)雜性。公司自成立以來，已取得了CAN協(xié)議廣泛普及和其在工業(yè)自動化汽車/卡車方面的應(yīng)用。該總線在其他市場網(wǎng)絡(luò)解決方案一樣能夠帶來強(qiáng)有力的利潤，例如醫(yī)療設(shè)備，測試設(shè)備和移動機(jī)器也開始利

12、用CAN總線的優(yōu)勢。本文的目的是解釋一些CAN的基本知識，和選擇CAN通信作為嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的好處。CAN總線概述大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序遵循分層方法實(shí)施.這一系統(tǒng)的方法使不同產(chǎn)品之間的制造商共同創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的為模板遵循這種分層方法.這就是所謂的國際標(biāo)準(zhǔn)組織開放系統(tǒng)互連（OSI）網(wǎng)絡(luò)分層參考模型。CAN協(xié)議本身實(shí)現(xiàn)了較低的最基本參考模型層的通信模型中的一部分，是故意忽略CAN規(guī)范,使系統(tǒng)設(shè)計調(diào)整和優(yōu)化的通信協(xié)議最大程度的靈活性（雙絞線多種媒體，單絲，光隔離，射頻，紅外線等）。有了這個靈活性，但是，隨之而來的互操作的可能性成為關(guān)注。為了緩解這些問題一些國際標(biāo)準(zhǔn)組織與國際汽

13、車工程師學(xué)會（SAE）在原來的基礎(chǔ)上定義了一些在CAN協(xié)議基礎(chǔ)上的定義，這包括在指定兩個底層媒體獨(dú)立接口的定義。IS011898是一個用于高速應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，IS011519是一個低速應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)J1939的（從SAE）對象是卡車和總線的應(yīng)用。所有這些協(xié)議的物理接口指定為一個5V的差分電氣總線。其余剩下ISO/OSI協(xié)議棧層由系統(tǒng)軟件開發(fā)商來實(shí)現(xiàn)，更高一層的協(xié)議（HLPs）一般用來實(shí)現(xiàn)上面五層的OSI參考模型.HLPs用于：1）規(guī)范程序，包括比特率啟動使用時，2）參與節(jié)點(diǎn)之間分配地址消息或類型，3）確定的消息結(jié)構(gòu)，4）提供系統(tǒng)級的錯誤處理例程這絕不是一個執(zhí)行的職能HLPs完整列表，但它確實(shí)描述了他們的

14、基本的一些功能.CAN總線協(xié)議基礎(chǔ)載波偵聽多路訪問沖突檢測（CSMA/CD）CAN通訊協(xié)議是CSMA/CD協(xié)議，CSMA代表載波偵聽多路訪問。這意味著，每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在嘗試往總線上發(fā)送一個消息期間，必須監(jiān)測總線并保證總線處于不活動狀態(tài)（載波監(jiān)聽）另外，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)，總線上的每一個節(jié)點(diǎn)傳輸消息的機(jī)會是平等的（多址接入）.CD代表沖突檢測.如果兩個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)在同一時間開始發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)將檢測到?jīng)_突并采取適當(dāng)?shù)男袆?。在CAN協(xié)議中，利用無損逐位仲裁的方法。這也就是說,即使完成沖突檢測，仲裁后消息仍然保持完整，所有這一切仲裁均無損壞或延誤的最高優(yōu)先級的消息.無損逐位仲裁的實(shí)現(xiàn)需要兩個條件.第一

15、，邏輯狀態(tài)必須定義為顯性或隱性.第二，發(fā)送節(jié)點(diǎn)必須監(jiān)視總線狀態(tài)，以此觀察正在試圖發(fā)送到總線上的實(shí)際邏輯狀態(tài).CAN總線定義為一個邏輯顯性位0和邏輯隱性位1一個顯性位的狀態(tài)總能仲裁隱性位的狀態(tài)，因此，較低的消息標(biāo)識符值（消息中的仲裁過程中使用的字段），消息的優(yōu)先級越高。例如，假設(shè)兩個節(jié)點(diǎn)試圖在同一時間發(fā)送消息。每個節(jié)點(diǎn)會監(jiān)察總線，以保證它正試圖發(fā)送的位確確實(shí)實(shí)出現(xiàn)在總線上.較低的優(yōu)先級的消息將在某個點(diǎn)嘗試發(fā)送一個隱性位，并監(jiān)視總線狀態(tài)使自己成為主節(jié)點(diǎn)此時，這個節(jié)點(diǎn)失去仲裁，并立即停止發(fā)送更高的優(yōu)先級消息將持續(xù)發(fā)送直到完成，失去仲裁的節(jié)點(diǎn)將等待總線的下一個空閑周期，并嘗試發(fā)送數(shù)據(jù).基于消息的通信C

16、AN協(xié)議是一個基于消息的協(xié)議，而不是一個基于地址的協(xié)議，這意味著消息不能從一個節(jié)點(diǎn)地址傳送到另一個節(jié)點(diǎn)地址上。嵌入式CAN消息本身就是優(yōu)先和正在傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容所有系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)將接收每個傳遞在總線上的消息（如果消息正確接收并確認(rèn)）。它是由系統(tǒng)的每個節(jié)點(diǎn)決定是否將接收到的數(shù)據(jù)立即丟棄還是保存處理。一個單一的消息可以設(shè)計成指定接受一個特定的節(jié)點(diǎn),或許多建立在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)上的節(jié)點(diǎn)。例如，汽車安全氣囊傳感器只能通過CAN連接到安全系統(tǒng)的路由器節(jié)點(diǎn)，此路由器節(jié)點(diǎn)接收其他系統(tǒng)安全信息并轉(zhuǎn)發(fā)到安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點(diǎn)上.安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的所有其他節(jié)點(diǎn)可以在同一時間從路由器上收到最新的安全氣囊傳感器的信息,確認(rèn)是否被

17、正確接收后，決定是否利用這些信息，或遺棄它。另外一個內(nèi)置在CAN協(xié)議中的有用的特性是，可以要求一個節(jié)點(diǎn)向另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息，這就是所謂的遠(yuǎn)程發(fā)送請求（RTR）。這個與前面的例子不同，因?yàn)?，此時節(jié)點(diǎn)在等待一個特定的節(jié)點(diǎn)的消息，這個特定節(jié)點(diǎn)發(fā)出的消息是被動的。這種基于消息的協(xié)議的一個額外的好處是,可以添加額外的節(jié)點(diǎn),系統(tǒng)沒有必要對所有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程,也可以識別這個節(jié)點(diǎn).這個新的節(jié)點(diǎn)將開始接收來自網(wǎng)絡(luò)的消息，根據(jù)消息ID,決定是否要處理或丟棄收到的信息。CAN消息幀描述CAN協(xié)議定義了四種不同類型的信息（或幀）。第一個也是最常見的類型是數(shù)據(jù)幀，這是用來當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息系統(tǒng)中的任何或所有其他節(jié)

18、點(diǎn)；二是遠(yuǎn)程幀，這基本上是一個用來設(shè)置表示，它是一個遠(yuǎn)程發(fā)送請求RTR位的數(shù)據(jù)幀。其他兩個錯誤處理的幀，一個為錯誤幀和一個為過載幀檢測出CAN協(xié)議定義的錯誤都將產(chǎn)生錯誤幀，產(chǎn)生超載錯誤的節(jié)點(diǎn)，需要更多的時間來處理已經(jīng)接收的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)幀中包括的有關(guān)數(shù)據(jù)信息的額外字段由CAN定義規(guī)范,數(shù)據(jù)幀中嵌入仲裁場，控制場，數(shù)據(jù)區(qū)，CRC場，一個2位的應(yīng)答場和一個幀結(jié)束。仲裁字段用于總線消息的優(yōu)先，由于CAN協(xié)議定義為邏輯0為顯性狀態(tài)，在仲裁場的數(shù)字越低，在總線上的消息優(yōu)先級更高。該仲裁場由仲裁場由12位（11位標(biāo)識符和RTR位）或32位（29個標(biāo)識符位，1位擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀定義位，未使用的SRR位，RTR位），這

19、取決于是否用到標(biāo)準(zhǔn)幀或擴(kuò)展幀。當(dāng)前版本的CAN規(guī)范2。0B版，定義了29位的標(biāo)識符，并稱其為擴(kuò)展幀。之前的CAN規(guī)范版本中定義的11位標(biāo)識符就是所謂的標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符。正如上一節(jié)中所述,遠(yuǎn)程發(fā)送請求（RTR）用于一個節(jié)點(diǎn)時，要求信息發(fā)送給它從另一個節(jié)點(diǎn)。為了完成一個遠(yuǎn)程請求，遠(yuǎn)程幀發(fā)送與標(biāo)識符相同的數(shù)據(jù)幀.RTR位仲裁字段是用來區(qū)分遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀，如果RTR位隱性的，則該消息是一個遠(yuǎn)程幀，如果RTR位是顯性的，該消息是一個數(shù)據(jù)幀?？刂茍鲇?位組成，MSB是IDE位（象征擴(kuò)展幀）大多數(shù)情況下為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀該位決定如果消息是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。在擴(kuò)展幀中，RB0和RB1位被保留。最低四位有效位是數(shù)據(jù)長度碼

20、（DLC）位，數(shù)據(jù)長度碼位決定在消息中包含多少字節(jié)數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，遠(yuǎn)程幀沒有數(shù)據(jù)領(lǐng)域，無論DLC位為多少。數(shù)據(jù)區(qū)就是在控制場中描述的數(shù)據(jù)長度碼的字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)。CRC場包含一個15位的CRC字段和一個CRC定界符，用于接收節(jié)點(diǎn)時確定是否發(fā)生傳輸錯誤。應(yīng)答場是用來表示如果消息被正確接收。任何節(jié)點(diǎn)已正確收到的消息，不論節(jié)點(diǎn)處理或丟棄的數(shù)據(jù)，都會在幀間間隔發(fā)送一個顯性位到總線上。最后兩個消息類型，錯誤幀和過載幀當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)檢測到一個由CAN協(xié)議定義的錯誤時，會產(chǎn)生一個錯誤幀過載幀告訴網(wǎng)絡(luò)該節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)過載，該節(jié)點(diǎn)并沒有準(zhǔn)備好在這個時候接收更多的數(shù)據(jù),或在幀間間隔檢測到非法顯性位.快速，可靠的通信因?yàn)镃AN協(xié)議最初設(shè)計用于汽車的使用