CAN總線結(jié)構(gòu)與幀格式

會(huì)計(jì)學(xué)1CAN總線結(jié)構(gòu)與幀格式CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第1頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第2頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第3頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第4頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第5頁/共30頁當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。

發(fā)動(dòng)機(jī)電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?頁/共30頁CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)候都可以主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，廢除了對傳統(tǒng)的站地址編碼，而是對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。每幀數(shù)據(jù)信息為０∽８個(gè)字節(jié)，具體長度由用戶決定。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)的退出總線發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭受破壞的幀可自動(dòng)重新發(fā)送。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?頁/共30頁當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。

發(fā)動(dòng)機(jī)電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?頁/共30頁報(bào)文―報(bào)文就是在總線上所傳送的信息，該信息以不同的報(bào)文傳送，但報(bào)文長度要受幀結(jié)構(gòu)的限制。當(dāng)總線空閑時(shí)，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個(gè)新報(bào)文。幀傳送―在總線上傳輸?shù)膱?bào)文以幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸。報(bào)文傳送由４種不同類型的幀來表示和控制：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀和超載幀。仲裁―仲裁用于處理總線訪問沖突。方法是依據(jù)其報(bào)文優(yōu)先權(quán)，而優(yōu)先權(quán)由報(bào)文標(biāo)識符與RTR位來唯一確定。標(biāo)識符―一個(gè)報(bào)文的內(nèi)容由其標(biāo)識符ID命名，ID并不指出報(bào)文的目的，但描述了數(shù)據(jù)的含義，以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)有可能借助報(bào)文濾波來決定該數(shù)據(jù)是否使它們激活。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍畹?0頁/共30頁技術(shù)規(guī)范―CAN技術(shù)規(guī)范（Version2.0）包括2.0A和2.0B。2.0A的報(bào)文標(biāo)識符為11位，2.0B有標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種報(bào)文格式，前者的標(biāo)識符19位，后者29位。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求―通過發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀和對應(yīng)的遠(yuǎn)程幀以相同的標(biāo)識符命名。顯性隱性―CAN總線數(shù)值為兩種互補(bǔ)的邏輯數(shù)值：“顯性”和“隱性”。其中顯性表示邏輯“0”，而隱性表示邏輯“1”當(dāng)顯性和隱性位同時(shí)發(fā)送時(shí)，總線數(shù)值將為顯性。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍畹?1頁/共30頁報(bào)文傳送主要有四種類型的幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀以及超載幀。數(shù)據(jù)幀：由７個(gè)不同的位場組成，分別是幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場以及幀結(jié)束。在具體編程中只要正確地運(yùn)用仲裁場、控制場中的數(shù)據(jù)長度碼、數(shù)據(jù)場即可。幀起始―標(biāo)志一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的開始，它是一個(gè)顯性位。仲裁場―仲裁場由報(bào)文標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位（RTR位）組成。RTR位在數(shù)據(jù)幀中為顯性，在遠(yuǎn)程幀中為隱性。包括報(bào)文標(biāo)識符11位（CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)），這12位共同組成報(bào)文優(yōu)先權(quán)信息。數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)比同一標(biāo)識符的遠(yuǎn)程幀的優(yōu)先權(quán)要高?？刂茍雳D由6位組成，包括２位作為控制總線發(fā)送電平的備用位（留作CAN通信協(xié)議擴(kuò)展功能用）與4位數(shù)據(jù)長度碼。其中數(shù)據(jù)長度碼(DLC0-DLC3)指出了數(shù)據(jù)場中的字節(jié)數(shù)目0～8其保留位必須發(fā)送為顯性。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第12頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第13頁/共30頁數(shù)據(jù)場―存儲在發(fā)送緩沖器數(shù)據(jù)區(qū)或接收緩沖器數(shù)據(jù)區(qū)中以待發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)。按字節(jié)存儲的數(shù)據(jù)可由微控制器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，也可由其它節(jié)點(diǎn)接收。其中第一個(gè)字節(jié)的最高位首先被發(fā)送或接收。CRC場―又名循環(huán)冗余碼校驗(yàn)場，包括CRC序列（15位）和CRC界定符（1個(gè)隱性位）。CRC場通過一種多項(xiàng)式的運(yùn)算，來檢查報(bào)文傳輸過程中的錯(cuò)誤并自動(dòng)糾正錯(cuò)誤。這一步由控制器自身來完成。應(yīng)答場―包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符兩位。在ACK場（應(yīng)答場）里，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)“隱性”位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙（ACKSlot）期間向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”位以示應(yīng)答。幀結(jié)束―每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均結(jié)束于幀結(jié)束序列，它由７個(gè)隱性位組成。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第14頁/共30頁遠(yuǎn)程幀：用來申請數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，通過標(biāo)識符與置RTR為高來尋址數(shù)據(jù)源，網(wǎng)絡(luò)上具有與該遠(yuǎn)程幀相同標(biāo)識符的節(jié)點(diǎn)則發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀由幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束組成。這幾個(gè)部分與數(shù)據(jù)幀中的相同，只是其RTR位為低而已。遠(yuǎn)程幀的數(shù)據(jù)長度碼為其對應(yīng)的將要接收的數(shù)據(jù)幀中DLC的數(shù)值。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第15頁/共30頁CAN總線的報(bào)錯(cuò)是通過發(fā)送錯(cuò)誤幀完成的。在介紹錯(cuò)誤幀前，先介紹一下主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)(ErrorActive)和被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)(ErrorPassive)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，分別用來計(jì)算接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤數(shù)（REC）和發(fā)送數(shù)據(jù)錯(cuò)誤數(shù)（TEC），計(jì)數(shù)器如何進(jìn)行增減在CAN協(xié)議里有詳細(xì)的規(guī)定。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的TEC和REC都小于128時(shí)，該節(jié)點(diǎn)為主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的TEC或者REC大于等于128時(shí)，該節(jié)點(diǎn)為被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)；當(dāng)計(jì)數(shù)器的值變化時(shí)，主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)和被動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的TEC大于等于256時(shí)，該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入BUSOFF狀態(tài)，它將不能再與其他節(jié)點(diǎn)通信。錯(cuò)誤幀：由兩個(gè)不同場組成，一個(gè)是錯(cuò)誤疊加標(biāo)志，另一個(gè)是出錯(cuò)界定符。主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)顯性位）和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)隱性位）CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第16頁/共30頁超載幀：由超載標(biāo)識和超載界定符組成。在CAN中，存在兩個(gè)條件導(dǎo)致發(fā)送超載幀。一個(gè)是接收器未準(zhǔn)備就緒，另一個(gè)是在間隙場檢測到顯性位。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第17頁/共30頁幀間空間：數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）與先行幀的隔離是通過幀間空間實(shí)現(xiàn)的，無論此先行幀類型如何（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過載幀）。所不同的是，過載幀與錯(cuò)誤幀之前沒有幀間空間，多個(gè)過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第18頁/共30頁最大安全傳輸速率：1Mbps =1Megabitpersec. =1000000bitspersec.ISO標(biāo)準(zhǔn)：高速/低速分界點(diǎn)125000bps一個(gè)完整的信息傳遞平均周期：大約1ms（根據(jù)信息長度）控制單元數(shù)量：出于可靠性原因，最多允許接入32個(gè)控制單元CANbus總線最大允許長度：40mCAN程序版本：

BoschCAN2.0bps=bitspersecond 單位：位（比特）/秒8bits=1byte8位=1字節(jié)1Mbps=1000kbps=1000000bps技術(shù)數(shù)據(jù)說明：第19頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第20頁/共30頁CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第21頁/共30頁信息通過Bit字節(jié)進(jìn)行傳送下表說明，信息量如何隨著添加Bit而增加。越多字節(jié)進(jìn)行組合,可以傳遞越多的信息。

每增加一個(gè)字節(jié)都可使攜帶的信息將增加一倍。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第22頁/共30頁負(fù)邏輯在CAN-總線規(guī)范中確定了負(fù)邏輯優(yōu)勢信號

開關(guān)閉合

燈不亮劣勢信號開關(guān)打開

燈亮狀態(tài)值

收發(fā)器 閉合

數(shù)據(jù)線路電壓 約2V至3V Komfort舒適總線 約1,5至3,5VAntrieb驅(qū)動(dòng)總線狀態(tài)值收發(fā)器 打開

數(shù)據(jù)線路電壓 0V至5V Komfort舒適總線 約2,5V Antrieb驅(qū)動(dòng)總線CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第23頁/共30頁0－優(yōu)勢在CAN-數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中通常連接數(shù)個(gè)控制單元。只有當(dāng)所有的控制單元發(fā)送“1”-Bit，在總線上的信息邏輯上是“1”。如果至少有一個(gè)控制單元發(fā)送了“0”-Bit,那么在總線線路上的信號邏輯上就是“0”。一個(gè)控制單元的“0”－信息可覆蓋其它控制單元上的“1”－信息。“0”-Bit占優(yōu)勢“1”-Bit劣勢CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式第24頁/共30頁CAN數(shù)據(jù)總線優(yōu)先權(quán)分配如果多個(gè)控制單元要同時(shí)發(fā)送其數(shù)據(jù)包,必須決定，誰最先發(fā)送。具有最高優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)包將最先被發(fā)送。所有三個(gè)控制單元同時(shí)開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。同時(shí)他們與數(shù)據(jù)總線－線路上的字節(jié)一個(gè)一個(gè)的進(jìn)行比較。如果一個(gè)控制單元發(fā)送一個(gè)低位的字節(jié)并認(rèn)出一個(gè)高位的字節(jié),將停止發(fā)送并開始接收。ABS/EDS控制單元信息

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元信息

自動(dòng)變速器控制單元信息數(shù)據(jù)總線－線路低位高位發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元失敗自動(dòng)變速器控制單元失敗第25頁/共30頁CAN總線上是差分信號，一個(gè)差分信號是用一個(gè)數(shù)值來表示兩個(gè)物理量之間的差異。CAN總線信號電壓正常情況下CAN—H標(biāo)準(zhǔn)電壓：隱性為2.6V左右；顯性為3.8V左右CAN—L標(biāo)準(zhǔn)電壓：隱性為2.4V左右；顯性為:1.2V左右0—顯性—CANH對地3.5V，CANL1.5V1—隱性—CANH對地2.5V，CANL2.5V第26頁/共30頁CANHighCANLowDifferencedominantstate3.8V1.1V2.7V=0recessivestate2.6V2.4V0.2V=1差值>2.3V =resultbitvalue0 =dominant差值<2.3V =resultbitvalue1 =recessiveCANHighdominant0CANLowdominant0CANLowrecessive1CANHighrecessive1動(dòng)力總線CAN信號分析第27頁/共30頁運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生電磁波的部件是車輛中的干擾源。為阻止對數(shù)據(jù)線路的干擾影響，兩個(gè)數(shù)據(jù)總線－線路相互捻合。在兩個(gè)線路上電壓的變化大小一樣，然而方向相反。因此兩個(gè)向外反射的線路