《現(xiàn)場總線技術及應用》課件7CAN總線

第一節(jié)CAN總線的性能特點

CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其主要特點如下：1、CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點間可以自由通信。2、CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突。

3、采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，傳輸時間短。4、每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。5、CAN的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1Mbps。（此時通信距高最長為40m）。6、CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。7、CAN具有完善的通信協(xié)議。第二節(jié)CAN技術規(guī)范

一種多主總線，采用OSI的三層網(wǎng)絡結構——物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。一、CAN的物理層

CAN技術規(guī)范的物理層定義信號怎樣進行發(fā)送，因而涉及電氣連接、驅動器/接收器的特性、位編碼/解碼、位定時及同步等內容。

CAN物理層選擇靈活，可以采用共地的單線制、雙線制、同軸電纜、雙絞線、光纜等。物理信令實現(xiàn)與位表示、定時和同步相關的功能。物理媒體附屬裝置實現(xiàn)總線發(fā)送/接收的功能電路，并可提供總線故障檢測方法。媒體相關接口實現(xiàn)與物理媒體之間的機械和電氣接口。二、CAN的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）：目標層媒體訪問控制子層（MAC）：傳送層LLC子層提供的功能幀接收濾波：數(shù)據(jù)幀內容由標識符命名。標識符并不能指明幀的目的地，但描述數(shù)據(jù)的含義，每個接收器通過幀接收濾波確定此幀與其是否有關。超載通告：如果接收器內部條件要求延遲下一個LLC數(shù)據(jù)幀或LLC遠程幀，則通過LLC子層開始發(fā)送超載幀，最多可產(chǎn)生兩個超載幀，以延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀。恢復管理：發(fā)送期間，對于丟失仲裁或被錯誤干擾的幀，LLC子層具有自動重發(fā)送功能，在發(fā)送成功完成前，幀發(fā)送服務不被用戶認可。MAC子層功能由IEEE802.3中規(guī)定的功能模型描述MAC子層具有兩部分功能發(fā)送部分功能包括：發(fā)送數(shù)據(jù)封裝，接收LLC幀和接口控制信息，構造MAC幀。發(fā)送媒體訪問管理，檢查總線狀態(tài)，串行化MAC幀，插入填充位，開始發(fā)送，丟失仲裁時轉入接收方式，應答校驗，錯誤超載檢測，發(fā)送超載幀或數(shù)據(jù)幀等。接收部分功能包括：接收媒體訪問管理，由物理層接收串行位流，重新構筑幀結構，解除位填充，錯誤檢測，發(fā)送應答，構造發(fā)送錯誤幀或超載幀。接收數(shù)據(jù)卸裝，由接收幀去除MAC特定信息，輸出LLC幀和接口控制信息至LLC子層。第三節(jié)CAN總線的節(jié)點組成

每個節(jié)點由微處理器、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。一、CAN總線控制器SJA1000SJA1000是適用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境控制器局域網(wǎng)的高集成度獨立控制器1、SJA1000的基本構成⑴接口管理邏輯(IML)：接收來自微處理器的命令，分配控制信息緩存器（發(fā)送緩存器，接收緩存器0和1），并為微控制器提供中斷和狀態(tài)信息。⑵發(fā)送緩存器(TXB)：由10個字節(jié)存貯單元組成，存貯由微處理器寫入，將被發(fā)送至CAN網(wǎng)絡的報文。⑶接收緩存器0和1(RXB、RXFIFO)：均由10個字節(jié)組成，交替存貯由總線接收到的報文，當一個緩存器被分配給CPU，位流處理器可以對另一個進行寫操作。⑷接收過濾器(ACF):

將接收到的標識符與接收過濾寄存器中的內容比較，并決定是否接受該條消息。如果該條消息通過接收測試，則將其存入接收緩沖器。⑸位流處理器(BSP)：控制發(fā)送緩存器與CAN總線之間數(shù)據(jù)流的序列發(fā)生器。同時還執(zhí)行CAN總線上的出錯檢測、仲裁、填充和出錯處理。⑹位定時邏輯(BTL)：監(jiān)測串行的CAN總線，并處理總線上的位定時。BTL在一條消息開始時，由總線上的“隱性-顯性”轉換同步(硬同步)。并在消息接收過程中與總線上的轉換再同步(軟同步)。BTL還提供可編程的時間分段，用以補償傳輸延遲和相位偏差，并確定在一個位時間內的采樣位置和采樣數(shù)。(7)出錯誤管理邏輯(EML)：按照CAN協(xié)議進行傳輸層出錯界定。2、SJA1000的寄存器結構及地址分配表3、SJA1000的工作原理與硬件接口電路

發(fā)送緩沖區(qū)用于存貯由微處理器至SJA1000的發(fā)送報文，它可分為描述符和數(shù)據(jù)場，發(fā)送緩存器可借助微控制器寫入或讀出。描述符為兩個字節(jié)：包括標識符、遠程發(fā)送請求位（RTR）和數(shù)據(jù)長度碼（DLC）。數(shù)據(jù)場為8個字節(jié)空間，存貯0～8個數(shù)據(jù)。接收緩沖區(qū)0和1，是微處理器與位流處理器的接口，交替存貯由總線接收到的報文，一旦被位流處理器填滿，并被接口處理邏輯分配給CPU，則緩沖區(qū)不能用于存貯接收到的報文，直到CPU釋放該緩存器，兩個接收緩沖區(qū)地址一樣，當一個緩沖區(qū)被分配給CPU，位流處理器可以對另一個進行寫操作，它的結構與發(fā)送緩沖區(qū)一樣。時鐘分頻寄存器控制SJA1000向CPU輸出CLKOUT頻率。SJA1000由微處理器通過8位地址數(shù)據(jù)復用總線和基本讀寫控制信號進行控制。SJA1000的中斷請求信號INT連至微處理器的外部中斷輸入端，CAN控制器可通過中斷進行數(shù)據(jù)通信。在網(wǎng)絡通信中所涉及的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的操作由SJA1000芯片自動完成，無需微處理器的干預。例如總線的定時與同步、總線的仲裁、CRC與其它填充位的插入等均由SJA1000自動完成。因此軟件設計者只需考慮SJA1000的初始化和應用層的設計。4、SJA1000的軟件設計節(jié)點的網(wǎng)絡通信軟件可以用微處理器的匯編語言編寫，也