CANBUS協(xié)議-物理層及鏈路層詳細(xì)分析

CANBUS協(xié)議物理層及鏈路層詳細(xì)分析2012-2-20目的本文檔的目的是指導(dǎo)我們熟悉CANBUS通訊協(xié)議的物理層及鏈路層，便于我們更好的開展有關(guān)CANBUS的相關(guān)工作。培訓(xùn)內(nèi)容什么是CANCAN的發(fā)展歷程CAN的主要特性CAN如何工作CAN的物理層描述CAN的鏈路層描述什么是CAN

CAN，全稱為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。 一個由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應(yīng)用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如當(dāng)使用PhilipsP82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個節(jié)點。一個典型的CAN應(yīng)用于汽車控制的例子如下所示：CAN的發(fā)展歷程

CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。當(dāng)時由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，同時意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是他們設(shè)計了一個單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519低速應(yīng)用。由于CAN總線具有很高的實時性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。CAN如何工作(二)

CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯1，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示的邏輯0，稱為“顯性”，此時通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。CAN的主要特性低成本極高的總線利用率很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達(dá)10Km)高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbit/s)可根據(jù)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(jī)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(yán)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(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能、優(yōu)先級信息CAN如何工作(一)

CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊，實際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連，CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。物理層：規(guī)定通訊介質(zhì)的物理特性(如電氣特性和信號交換的解釋)；數(shù)據(jù)鏈路層：規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織(如數(shù)據(jù)校驗和幀結(jié)構(gòu))。CAN的物理層描述

可分為單線CAN協(xié)議和雙線CAN協(xié)議。單線CAN協(xié)議目前主要出現(xiàn)在GM和OPEL車系里面，1號腳通訊，波特率為33.3K。雙線CAN協(xié)議常見的波特率有500K(6/14)、500K(3/8)、250K(6/14)、125K(3/11)、50K(1/9)，括號內(nèi)為通訊腳位。單、雙線CAN協(xié)議的命令交互格式基本一致。CAN的鏈路層描述CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀格式CAN2.0B擴(kuò)展幀格式ISO15765協(xié)議數(shù)據(jù)格式命令交互方式76543210字節(jié)1FFRTRxxDLC數(shù)據(jù)長度字節(jié)2報文識別碼ID.10-ID.3字節(jié)3ID.2-ID.0xxxxx字節(jié)4數(shù)據(jù)1字節(jié)5數(shù)據(jù)2字節(jié)6數(shù)據(jù)3字節(jié)7數(shù)據(jù)4字節(jié)8數(shù)據(jù)5字節(jié)9數(shù)據(jù)6字節(jié)10數(shù)據(jù)7字節(jié)11數(shù)據(jù)8CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀格式CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀為11個字節(jié)，包括信息和數(shù)據(jù)兩部分，前3個字節(jié)為信息部分。字節(jié)1：第7位FF表示幀格式（在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF＝0，在擴(kuò)展幀中FF＝1）；第6位RTR表示幀的類型（RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀）；DLC表示在數(shù)據(jù)幀時實際的數(shù)據(jù)長度,上圖

中是指從字節(jié)4-字節(jié)11.字節(jié)2-3：為報文識別碼(過濾ID的高11位)字節(jié)4-11：為數(shù)據(jù)幀的實際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時無效。76543210字節(jié)1FFRTRxxDLC數(shù)據(jù)長度字節(jié)2報文識別碼ID.28-ID.21字節(jié)3ID.20-ID.13字節(jié)4ID.12-ID.5字節(jié)5ID.4-ID.0xxx字節(jié)6數(shù)據(jù)1字節(jié)7數(shù)據(jù)2字節(jié)8數(shù)據(jù)3字節(jié)9數(shù)據(jù)4字節(jié)10數(shù)據(jù)5字節(jié)11數(shù)據(jù)6字節(jié)12數(shù)據(jù)7字節(jié)13數(shù)據(jù)8CAN2.0B擴(kuò)展幀格式字節(jié)1：為幀信息第7位FF表示幀格式（在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF＝0，在擴(kuò)展幀中FF＝1）；第6位RTR表示幀的類型（RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀）；DLC表示在數(shù)據(jù)幀時實際的數(shù)據(jù)長度，上圖中是指字節(jié)6-字節(jié)13字節(jié)2－5為報文識別碼(過濾ID的高29位)字節(jié)6－13為數(shù)據(jù)幀的實際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時無效ISO15765協(xié)議數(shù)據(jù)格式(一)N_AI:地址信息部分N_PCI:協(xié)議控制信息部分N_Data:數(shù)據(jù)區(qū)ISO15765協(xié)議數(shù)據(jù)格式(二)SF_DL:單幀數(shù)據(jù)域的字節(jié)長度，N_PCI的長度不包括在內(nèi)FF_DL:多包數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)域字節(jié)總長度SN:多包數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包編號FS:流控制狀態(tài)信息BS:數(shù)據(jù)塊大小(BlockSize)STmin:多包數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚r間間隔命令交互方式(一)發(fā)一幀回一幀發(fā)一幀回多幀發(fā)多幀回一幀發(fā)多幀回多幀流控制幀說明命令交互方式(二)發(fā)一幀回一幀：

Tools:08HFCH00H03H19H02HFFH00H00H00H00H ECU:08HFDH00H04H59H02HFFH01H80H01H00H

第一個字節(jié)的低4位表示除報文識別碼的兩個字節(jié)外其他字節(jié) 的長度，第四個字節(jié)03表示后面有效數(shù)據(jù)的長度。命令交互方式(三)發(fā)一幀回多幀：Tools:08HFCHECU:08HFDHTools:08HFCHECU:08HFDHECU:08HFDHECU:08HFDH00H00H00H00H00H00H02H10H30H21H22H23H21H82H00H34H30HFFH00H61H00H41H31HFFH00H00H00H42H38HFFH00H4CH00H43H34H2AH00H46H00H35H32HFFH00H50H00H36H33HFFH00H48H00H39HFFHFFH…ECU:08HFDHECU:08HFDHECU:08HFDHECU:08HFDH00H00H00H00H2FH20H21H22HFFHFFHFFHFFHFFHFFHFFHE4HFFHFFHFFH81HFFHFFHFFHFFHFFHFFHFFH30HFFHFFHFFH00HFFHFFHFFH00H發(fā)出請求幀后，如果響應(yīng)幀的第四個字節(jié)高四位為1，則表示回多幀。響應(yīng)幀有效數(shù)據(jù)長度為0x1082&0x0FFF=0x82????，表示有130個有效數(shù)據(jù)。設(shè)備緊跟著發(fā)送流控制幀來接收下面的有效回復(fù)數(shù)據(jù)，這個流控幀在不同的車上可能會不一樣。命令交互方式(四)發(fā)多幀回一幀：ToolsECUToolsToolsToolsECU::::::08H08H08H08H08H08HFCHFDHFCHFCHFCHFDH00H00H00H00H00H00H10H30H21H22H23H04H16H00H07H07H14H41H01H00H08H0EH15H02H02H00H09H0FH16HFFH03H00H0AH10H00H01H04H00H0BH11H00H00H05H00H0CH12H00H00H06H00H0DH13H00H00H發(fā)第一條請求幀的時候，如果請求幀第4個字節(jié)高四位為1，41H是對01的肯定應(yīng)答則表示發(fā)多幀，發(fā)送的命令數(shù)據(jù)長度有第4，第5個字節(jié)一起決定，在這里數(shù)據(jù)長度為16H，這時候ECU響應(yīng)0x30的流控制幀，Tools繼續(xù)發(fā)送請求幀，發(fā)送完后，ECU響應(yīng)正確的命令回復(fù)。命令交互方式(五)發(fā)多幀回多幀：ToolsECUToolsECUToolsECUECU:::::::08H08H08H08H08H08H08HFCHFDHFCHFDHFCHFDHFDH00H00H00H00H00H00H00H10H30H21H10H30H21H22H09H00H07H0FH00HFFHF1H01H00H08H59H00H01HFFH02H00H09H02H00H79H00H03H00H00HFFH00HF1H00H04H00H00H01H00HE3H00H05H00H00H80H00H01H00H06H00H00H00H00H62H00H在這種情況下的交互，將發(fā)1幀回多幀和發(fā)多幀回1幀