CAN總線結(jié)構(gòu)組成

汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制局域網(wǎng)CAN一.CAN概述二.CAN組成部件三.CAN總線電平及數(shù)據(jù)傳輸四.CAN總線幀結(jié)構(gòu)五.低速CAN線路故障與診斷六.高速CAN線路故障與診斷51、什么是CAN？CAN是一種世界標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊協(xié)議，為數(shù)據(jù)高速公路確定統(tǒng)一的“交通”規(guī)那么。CAN是由ROBERTBOSCH公司和Intel公司專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)內(nèi)數(shù)據(jù)交換開(kāi)發(fā)的總線系統(tǒng)。Controller控制器Area局域Network網(wǎng)6為什么汽車(chē)中采用的是CAN已作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施節(jié)點(diǎn)多價(jià)格廉價(jià)廣泛的開(kāi)發(fā)和檢測(cè)工具能滿足很高的平安性要求抗干擾能力強(qiáng)平安的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議7CAN開(kāi)展史1983年由Bosch公司開(kāi)發(fā)CAN-總線應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)。1987年Intel公司制成第一塊硅片。1989年起在汽車(chē)及自動(dòng)化工業(yè)中出現(xiàn)了串行通訊模塊。自1994/95年CAN成為汽車(chē)內(nèi)采用得最廣泛的通訊協(xié)議。CAN通訊在汽車(chē)中的應(yīng)用在現(xiàn)代轎車(chē)的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、群眾、沃爾沃、雷諾等汽車(chē)都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。CAN為雙線總線，既可用于動(dòng)力及其傳動(dòng)系統(tǒng)，也可用于車(chē)身系統(tǒng)。9CAN總線舒適系CAN和驅(qū)動(dòng)系CAN目前汽車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN：

一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN，速率到達(dá)500kb/s。主要面向?qū)崟r(shí)性要求較高的控制單元，如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等另一條用于車(chē)身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s。主要是針對(duì)車(chē)身控制的，如車(chē)燈、車(chē)門(mén)、車(chē)窗等信號(hào)的采集以及反響。其特征是信號(hào)多但實(shí)時(shí)性要求低，因此實(shí)現(xiàn)本錢(qián)要求低。CAN–驅(qū)動(dòng) 500kBitCAN–舒適 100kBitCAN–信息娛樂(lè) 100kBit3個(gè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)CAN–驅(qū)動(dòng)總系統(tǒng)由以下組成：J285CAN–舒適系統(tǒng)CAN–信息娛樂(lè)CAN總線〔控制器局域網(wǎng)路〕舒適CAN 低速CAN信息娛樂(lè)CAN 低速CAN驅(qū)動(dòng)CAN 高速CAN擴(kuò)展CAN 高速CAN組合儀表CAN 高速CAN診斷CAN 高速CAN2、CAN總線的通信模式第一，“載波監(jiān)測(cè)，多主掌控/沖突防止允許在總線上的任一設(shè)備有同等的時(shí)機(jī)取得總線的控制權(quán)來(lái)向外發(fā)送信息。如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)以上的設(shè)備欲發(fā)送信息，就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CAN總線能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)這些沖突情況并作出相應(yīng)的仲裁而不會(huì)破壞待傳之信息；CAN為多主方式工作--------不分主次，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可為主，均可向它點(diǎn)發(fā)出信息。CAN上的節(jié)點(diǎn)分成不同優(yōu)先級(jí)--------這在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上有明確表達(dá)；CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)：沖突---仲裁-----優(yōu)先級(jí)高先行；CAN總線的通信模式第二，信息報(bào)文在傳送時(shí)不是基于目的站點(diǎn)地址；允許不同的信息以“播送”的形式發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn)并且可在不改變信息格式的前提下對(duì)報(bào)文進(jìn)行不同配置；報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符〔報(bào)文的ID

〕來(lái)指示功能；CAN節(jié)點(diǎn)只需通過(guò)對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、接收；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求可通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。播送方式：一家發(fā)送，大家接收。CAN總線的通信模式

第三，CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)能力的高可靠性強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)。完整過(guò)失管理機(jī)制數(shù)據(jù)獲取有秩序故障點(diǎn)自動(dòng)脫離信息自動(dòng)重發(fā)高速性性?xún)r(jià)比高幀短、實(shí)時(shí)性強(qiáng)數(shù)據(jù)獲取有秩序故障點(diǎn)自動(dòng)脫離特點(diǎn)3、CAN的特點(diǎn)完整差錯(cuò)管理機(jī)制擴(kuò)展性特點(diǎn)〔1〕高速性極高的總線利用率很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10Km)高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbps)；〔2〕性?xún)r(jià)比高CAN是目前為止唯一“有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)現(xiàn)場(chǎng)總線”；CAN通信介質(zhì)選擇靈活，傳輸介質(zhì)低廉；器件容易購(gòu)置，節(jié)點(diǎn)價(jià)格低；開(kāi)發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具；〔3〕幀短、實(shí)時(shí)性強(qiáng)CAN報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)：出錯(cuò)率低；CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)，檢錯(cuò)效果好；仲裁機(jī)制〔4〕CAN總線協(xié)議有一套完整的過(guò)失管理機(jī)制

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〕。發(fā)送錯(cuò)誤可通過(guò)“CRC出錯(cuò)”檢測(cè)到；普通接收錯(cuò)誤可通過(guò)“應(yīng)答出錯(cuò)”檢測(cè)到；CAN報(bào)文格式錯(cuò)誤可通過(guò)“格式出錯(cuò)”檢測(cè)到；CAN總線信號(hào)錯(cuò)誤可通過(guò)“位出錯(cuò)”檢測(cè)到；同步和定時(shí)錯(cuò)誤可通過(guò)“阻塞出錯(cuò)”檢測(cè)到。實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重在數(shù)據(jù)通信中，信號(hào)在物理信道上的線路本身的電氣特性隨機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)幅度、頻率、相位的畸形和衰減；電氣信號(hào)在線路上產(chǎn)生反射噪聲的回波效應(yīng)；相鄰線路之間的串線干擾；大氣中的閃電、電源開(kāi)關(guān)的跳火、自然界磁場(chǎng)的變化以及電源的波動(dòng)等外界因素。過(guò)失產(chǎn)生的原因過(guò)失的控制在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干擾能力。例如，兩個(gè)碼元構(gòu)成四種碼組00、01、10、11，無(wú)法檢錯(cuò)，而使用三個(gè)碼元，有用碼組為000、011、101和110；目前過(guò)失控制常采用冗余編碼方案，檢測(cè)和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。冗余編碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)按照所使用的某種過(guò)失編碼規(guī)那么加上控制碼〔冗余碼〕，當(dāng)信息到達(dá)接收端后，再按照相應(yīng)的校驗(yàn)規(guī)那么檢驗(yàn)收到的信息是否正確。過(guò)失編碼過(guò)失檢測(cè)編碼：奇偶校驗(yàn)碼；水平垂直奇偶校驗(yàn)碼；CRC循環(huán)冗余碼等；過(guò)失糾錯(cuò)編碼：漢明碼；卷積碼；奇偶校驗(yàn)碼采用奇偶校驗(yàn)法，在每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位傳輸之前，先檢測(cè)并計(jì)算奇偶校驗(yàn)位，然后將其附加在后；根據(jù)采用的奇偶校驗(yàn)位是奇數(shù)還是偶數(shù)，推出一個(gè)字符包含“1”的數(shù)目，接收機(jī)重新計(jì)算收到字符的奇偶校驗(yàn)位，并確定該字符是否出現(xiàn)傳輸過(guò)失；假設(shè)每個(gè)字符只采用一個(gè)奇偶校驗(yàn)位時(shí)，只能發(fā)現(xiàn)單個(gè)比特過(guò)失，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上比特出錯(cuò)，奇偶校驗(yàn)位無(wú)效；異步傳輸和面向字符的同步傳輸均采用奇偶校驗(yàn)技術(shù)；水平奇偶校驗(yàn)碼

設(shè)一個(gè)字符對(duì)應(yīng)的ASCII碼為C7C6C5C4C3C2C1，校驗(yàn)位為C8在下面的例子中，假定采用偶校驗(yàn)。垂直奇偶校驗(yàn)碼

28水平垂直奇偶校驗(yàn)源數(shù)據(jù)水平校驗(yàn)位垂直校驗(yàn)位最后發(fā)送的數(shù)據(jù)29水平垂直奇偶校驗(yàn)碼檢錯(cuò)能力：可檢出某行、某列的所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；能發(fā)現(xiàn)大局部偶數(shù)個(gè)錯(cuò)；可以糾正不能同時(shí)滿足行、列校驗(yàn)關(guān)系的一位錯(cuò)不能檢出某些互相補(bǔ)償?shù)呐紨?shù)個(gè)錯(cuò)原理發(fā)送：以16位字為單位進(jìn)行累加，累加過(guò)程中假設(shè)最高位有進(jìn)位那么循環(huán)進(jìn)入低位，最后將累加和取“1補(bǔ)碼”(即反碼)，得校驗(yàn)和，將其與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收：當(dāng)接收者收到該數(shù)據(jù)塊后，同樣以16位字為單位對(duì)各數(shù)據(jù)及校驗(yàn)和進(jìn)行累加，假設(shè)最后結(jié)果為全1，那么正確，否那么出錯(cuò)?？煽啃?能夠檢測(cè)出絕大多數(shù)奇數(shù)個(gè)和偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)位的變化。除非一個(gè)16位字中的0變成1，而另一個(gè)16位字中的相同位置由1變成0。說(shuō)明：也可用“2補(bǔ)碼”(即補(bǔ)碼),此時(shí)接收校驗(yàn)累加應(yīng)為0.校驗(yàn)和〔CheckSum)校驗(yàn)和計(jì)算過(guò)程循環(huán)冗余碼CRCCRC是一種較為復(fù)雜的校驗(yàn)方法.先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個(gè)通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，并根據(jù)余數(shù)得出一個(gè)校驗(yàn)碼，然后將這個(gè)校驗(yàn)碼附加在信息數(shù)據(jù)幀之后發(fā)送出去。接收端接收數(shù)據(jù)后，將包括校驗(yàn)碼在內(nèi)的數(shù)據(jù)幀再與約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，假設(shè)余數(shù)為“0”，就表示接收的數(shù)據(jù)正確，假設(shè)余數(shù)不為“0”，那么說(shuō)明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中出錯(cuò)。D:要發(fā)送的數(shù)據(jù)（d位）R:CRC校驗(yàn)（r位）DR（d+r位）發(fā)送方生成CRC校驗(yàn)碼接收方進(jìn)行CRC校驗(yàn)過(guò)失控制的根本方法：接收方進(jìn)行過(guò)失檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。過(guò)失控制技術(shù)自動(dòng)請(qǐng)求重傳AutomaticRepeatRequest〔ARQ〕停等ARQ每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀只重傳剛剛出錯(cuò)的幀Go-back-N〔回退N幀〕ARQ每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀需重傳前面〔N-i+1〕幀〔0≤i≤N〕選擇重傳ARQ每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀只重傳出錯(cuò)的幀反響重發(fā)技術(shù)〔5〕數(shù)據(jù)獲取有秩序、信息自動(dòng)重發(fā)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，按優(yōu)先級(jí)發(fā)送，大大減少總線沖突仲裁時(shí)間；〔6〕故障點(diǎn)自動(dòng)脫離CAN節(jié)點(diǎn)有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能------節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)；〔7〕擴(kuò)展性CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)-------多少取決于“總線驅(qū)動(dòng)電路”(理論上是沒(méi)有限制的,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)與總線相連的單元沒(méi)有類(lèi)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。一.CAN概述二.CAN組成部件三.CAN數(shù)據(jù)傳輸四.CAN總線幀結(jié)構(gòu)五.低速CAN線路故障與診斷六.高速CAN線路故障與診斷CAN的根本組成1、電控單元〔CANbus節(jié)點(diǎn)〕CANbus節(jié)點(diǎn)一般由微處理器、CAN控制器、CAN收發(fā)器三局部組成。帶有CAN連接的控制單元CAN控制器收發(fā)器微控制器傳感器執(zhí)行器傳感器/執(zhí)行器接口數(shù)據(jù)總線針腳線電控單元接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，將其處理后再控制執(zhí)行元件工作，同時(shí)根據(jù)需要將傳感器信息通過(guò)CAN總線發(fā)給其他電控單元。電控單元的主要構(gòu)件由CPU、CAN控制器和CAN收發(fā)器，另外還有輸入/輸出存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。42CAN-Bus部件CAN-控制器數(shù)據(jù)傳輸線收發(fā)器CAN-數(shù)據(jù)區(qū)控制(VW)80C51—單片機(jī)SJA1000—CAN控制器PCA2C250—CAN收發(fā)器CAN控制器1〕CAN控制器概念：由一塊可編程芯片上的邏輯電路組成，實(shí)現(xiàn)通信模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，并對(duì)外提供與電控單元的物理接口。2〕作用：通過(guò)對(duì)CAN控制器編程，可設(shè)置CAN的工作方式，控制CAN的工作態(tài)度，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，以它為根底建立應(yīng)用層。3〕CAN控制器的分類(lèi)：CAN獨(dú)立控制器和CAN集成電控單元兩種。SJA1000存放器1〕SJA1000是一種獨(dú)立CAN控制器，用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制〔CAN〕2〕開(kāi)發(fā)公司：PHILIPS公司3〕控制器的舊版本：PCA82C200CAN控制器的替代品，而且它增加了一種新的工作模式PeliCAN,這種模式支持具有很多新特性的CAN

2.0B。CAN控制器扮演網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的角色它提供了微處理器的物理線路的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收CAN控制器的作用CAN控制器SJA1000在系統(tǒng)中的位置CAN收發(fā)器CAN控制器模塊控制器TXRX傳感器執(zhí)行元件MMIPCA82C250/251SJA1000通用型控制器TXRX傳感器執(zhí)行元件MMICAN總線CAN獨(dú)立控制器SJA1000的特性1)與PCA82C200獨(dú)立的CAN控制器引腳和電氣特性兼容；2)擴(kuò)展的接收緩沖器為64B，先進(jìn)先出(FIFO)；3)支持CAN2.OA和CAN2.OB協(xié)議，支持11位和29位標(biāo)示符；4)位速率可達(dá)1Mbit／s；5)24MHz時(shí)鐘頻率；6)方便各種微處理器的接口；7)可編程的CAN收發(fā)器配置；8)溫度適應(yīng)范圍擴(kuò)大(-40～+125℃)；9)PeliCAN模式擴(kuò)展功能包括：標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀信息的接收和傳送接收FIFO64

字節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展格式中都有單/雙驗(yàn)收濾波器含屏蔽和代碼存放器讀/寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器可編程的錯(cuò)誤限制報(bào)警SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

圖2SJA1000結(jié)構(gòu)框圖解釋CPU的命令，控制CAN存放器的尋址，向CPU提供中斷信息和狀態(tài)信息CPU和BSP之間的接口。能夠存儲(chǔ)發(fā)送到CAN上得完整信息接收過(guò)濾器和CPU之間的接口，用來(lái)存儲(chǔ)從CAN總線上接收并確認(rèn)的信息位于發(fā)送緩沖器、RXFIFO和CAN之間的控制數(shù)據(jù)流隊(duì)列發(fā)生器，具有錯(cuò)誤檢測(cè)、仲裁等功能把數(shù)據(jù)和接收的標(biāo)識(shí)符內(nèi)容進(jìn)行比較，以決定是否接收監(jiān)視串行口CAN總線和位時(shí)序。負(fù)責(zé)限制傳輸層模塊的錯(cuò)誤，接收來(lái)自BSP的出錯(cuò)報(bào)告，錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)后告訴BSP和IML發(fā)送緩沖區(qū)驗(yàn)收濾波器接收FIFOCAN2.0B核心模塊接口管理邏輯主控制器收發(fā)器SJA1000CAN總線線路一種為28引腳的塑質(zhì)雙列式封裝〔DIP28〕一種為28引腳的塑質(zhì)小型線外封裝〔S028〕SJA1000芯片引腳圖2SJA1000的芯片1〕CAN收發(fā)器概念：就是一個(gè)發(fā)送—接收放大器，它把CAN構(gòu)件構(gòu)件連續(xù)的比特流〔邏輯電平〕轉(zhuǎn)換成電壓值〔線路傳輸電平〕，或反之。2〕收發(fā)器通過(guò)TX-線〔發(fā)送導(dǎo)線〕或RX-〔接收導(dǎo)線〕與CAN構(gòu)件相連。CAN收發(fā)器PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口。此器件對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。又稱(chēng)為總線驅(qū)動(dòng)器。符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最高速率1Mbps；抗汽車(chē)環(huán)境瞬間干擾，具有保護(hù)總線能力；斜率控制，降低射頻干擾RFI；熱保護(hù)以及電源和地短路保護(hù)；低電流待機(jī)模式；未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響；可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)；工作溫度-40～+125℃。內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。雖然短路出現(xiàn)時(shí)功耗增加但不至于損壞器件。假設(shè)結(jié)溫超過(guò)160℃，那么兩個(gè)輸出端電流限將減小，從而限制了芯片溫升。器件的所有其他局部將繼續(xù)工作。雙線差分驅(qū)動(dòng)有助于抑制汽車(chē)等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾。1〕別離終端2〕多終端3〕單終端4〕非匹配終端數(shù)據(jù)傳遞終