文庫發(fā)布：can基礎知識

CAN基礎2011-10-261：概要

CAN起源

CAN發(fā)展沿革

CAN特點

2：數據鏈路層

幀結構

仲裁機制

位時間和同步

3：物理層

硬件要求

總線電平

傳輸線

收發(fā)器概要什么是CAN？

CAN全稱為：controllerareanetwork,即控制器局域網，是一種串行數據通信協(xié)議，最早由BOSCH公司推出，被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制單元ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。概要—CAN起源—未使用can技術傳統(tǒng)的汽車線束連接如圖所示：據統(tǒng)計，對于傳統(tǒng)高級轎車，用普通線束進行連接，線束總長可達2Km，并且該數字每10年增長1倍，導致整車空間更加拮據、線束重量增加、線束易干涉。例：1994年第一代AudiA8：15個控制單元就可控制該車的所有功能；而2003年型的AudiA8車使用的控制單元數目就增長了四倍。大家參照下圖的連接方式，想象一下，這將是如何一個錯綜雜亂的線束系統(tǒng)。概要—CAN起源—未使用can技術傳感器類電子控制單元如圖，每種信息通過獨立的線束進行傳遞、交換；但是隨著客戶需求，功能增多，那么線的數量和控制單元插腳增多

CANBus在車輛上應用的原因：1.日益增多的電子控制單元；排放及環(huán)保的要求；導致了電子控制單元間需要實時的、正確的進行大量的信息交換2.減少線束數量減輕重量，降低成本減少連接插頭尺寸減小控制單元尺寸，增大安裝空間概要—CAN起源—使用can技術概要—CAN起源—使用can技術概要—CAN起源—使用can技術概要—CAN起源—使用can技術1983年，Bosch開始研究車上網絡技術1986年，Bosch在SAE大會公布CAN協(xié)議1987年，Intel和Philips先后推出CAN控制器芯片1991年，Bosch頒布CAN2.0技術規(guī)范，CAN2.0包括A和B兩個部分1991年，CAN最先在BenzS系列轎車上實現(xiàn)1993年，ISO頒布CAN國際標準ISO-118981994年，SAE頒布基于CAN的J1939標準……未來，CAN將被FlexRay所取代概要—CAN發(fā)展沿革概要—CAN特點(1)多主控制和仲裁機制在總線空閑時，所有的單元都可開始發(fā)送消息（多主控制）。最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權。多個單元同時開始發(fā)送時，進行仲裁，優(yōu)先級高的單元先發(fā)送（標識符=ID=優(yōu)先級，ID越小，優(yōu)先級越高）。(2)消息的發(fā)送CAN數據傳輸類似于“電話會議”。一個電話用戶（控制單元）將數據“講”入網絡中，其他用戶通過網絡“接聽”這個數據。對這個數據感興趣的用戶就會接收該數據，而其他用戶則選擇忽略。在CAN協(xié)議中，所有的消息都以固定的格式發(fā)送。在發(fā)送報文過程中進行“回讀”，判斷送出的位與回讀的位是否一致(3)錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復功能所有的單元都可以檢測錯誤。錯誤檢測功能檢測出錯誤的單元會立即同時錯誤通知功能通知其他所有單元。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會強制結束當前的發(fā)送。強制結束發(fā)送的單元會反復地重新發(fā)送。直到成功發(fā)送為止。錯誤恢復功能概要—CAN特點(4)總線關閉當總線上發(fā)生持續(xù)數據錯誤時，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。(5)通信速度和節(jié)點數根據整個網絡規(guī)劃，在0—500Kbps范圍內，可設定合適的通信速度。在同一網段中，所有單元的通信速度必須是統(tǒng)一的。否則，會妨礙整個網絡的通信。不同網段間通信速度可以不同。協(xié)議自身對節(jié)點數量沒有限制，但受總線時間延遲及電氣負載的限制，總線上可連接的節(jié)點數有限。降低通信速度，可連接的節(jié)點數就多；提高通信速度，可連接的節(jié)點數就少。概要—CAN總線特點數據鏈路層—幀類型協(xié)議中幀共有5種類型：數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、幀間隔幀都是由0101……等的二進制數字組合而成的：0：代表顯性、覆蓋。1：代表隱性、被覆蓋。后續(xù)圖中，D代表顯性；R代表隱性。類型功能數據幀發(fā)送節(jié)點向總線/接收節(jié)點發(fā)送數據的幀遠程幀接收節(jié)點向其他節(jié)點請求相關數據的幀，注這一來一回的兩個幀ID是相同的錯誤幀節(jié)點檢測到錯誤后發(fā)送錯誤信息過載幀在前后2幀之間加的一段延時；基本不使用了幀間隔將前后2幀分開數據鏈路層—幀結構—數據幀、遠程幀對于數據幀、遠程幀來說，都存在兩種結構，標準結構和擴展結構。數據幀結構數據鏈路層—幀結構—數據幀、遠程幀遠程幀結構數據鏈路層—幀類型—數據幀、遠程幀標準格式（位）擴展格式（位）幀起始11仲裁段12=11+132=29+3控制段6=4+26=4+2數據段0--640--64CRC16=15+116=15+1ACK22EOF77總長44--10864--128幀起始：SOF。為1個顯性位。表示幀開始的段。仲裁段：表示優(yōu)先級的段。該段的值（ID）越小，優(yōu)先級越高。標準格式：該段為11位。擴展格式：該段為29位。仲裁段：RTR用于區(qū)分數據幀和遠程幀,1位。

=0，數據幀；=1，遠程幀。仲裁段：SRR恒為1。1位?？刂贫危篒DE用于區(qū)分標準格式和擴展格式，1位。

=0，標準格式，11位ID；=1，擴展格式，29位ID?？刂贫危簉0恒為0。1位。r1恒為0。1位?？刂贫危篋LC用于表示該幀數據段的字節(jié)數，4位，但是卻定義了字節(jié)數為0-8之間。數據鏈路層—幀結構—數據幀、遠程幀數據段：用于表示數據的長度，為DLC的大小*8，0-64位。對于遠程幀，該段可有可無。CRC段：一般稱為CRC校驗段，15位。是檢查幀傳輸錯誤的。發(fā)送節(jié)點根據幀起始、仲裁段、控制段、數據段的值生成一個CRC值。接收節(jié)點也根據這樣的方法計算一個CRC值。然后，進行比較。一致，幀發(fā)送成功。不一致，則報CRC錯誤，之前接收的數據都丟棄。CRC段：CRC界定符。1位。數據鏈路層—幀結構—數據幀、遠程幀ACK段：共2位。主要是用來確認是否正確接收。

ACK槽：1位。發(fā)送節(jié)點的這位為隱性位；接收節(jié)點正確接收報文了，將該位改寫成顯性位。發(fā)送節(jié)點監(jiān)聽這位為顯性位時，便知報文被正確接收了。

ACK界定符：1位。恒為隱性。幀結束：EOF。7個隱性位組成。表示該幀結束。數據鏈路層—幀結構—數據幀、遠程幀數據鏈路層—幀結構—錯誤幀錯誤幀：總線上各個節(jié)點檢測出位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、ACK錯誤、格式錯誤都發(fā)出錯誤幀通知錯誤。由錯誤標志和錯誤界定符構成。類型檢測節(jié)點發(fā)送時間位錯誤發(fā)送節(jié)點錯誤標志在錯誤發(fā)生后的下一位發(fā)送填充錯誤接收節(jié)點錯誤標志在錯誤發(fā)生后的下一位發(fā)送格式錯誤發(fā)送節(jié)點、接收節(jié)點錯誤標志在錯誤發(fā)生后的下一位發(fā)送ACK錯誤發(fā)送節(jié)點錯誤標志在錯誤發(fā)生后的下一位發(fā)送CRC錯誤接收節(jié)點錯誤標志在ACK界定符后發(fā)送數據鏈路層—幀結構—錯誤幀位錯誤：節(jié)點檢測到總線的位與自身送出的位數值不同。位填充錯誤：從幀起始至CRC序列，如果連續(xù)的5位電平一致的話，則在第6位自動填充一個反向電平。檢察是否遵循填充規(guī)則。CRC錯誤：節(jié)點計算的CRC序列與接收到的CRC序列不同。ACK錯誤：發(fā)送節(jié)點在ACK位期間未檢測到“顯性”位。格式錯誤：固定格式位場（如CRC界定符、ACK界定符、幀結束等）含有一個或更多非法位。數據鏈路層—幀結構—錯誤幀由錯誤標志和錯誤界定符構成。錯誤標志：錯誤標志包括主動錯誤標志和被動錯誤標志兩種。主動錯誤標志：6個位的顯性位被動錯誤標志：6個位的隱性位注：錯誤標志違背“位填充規(guī)則”，其他節(jié)點也會發(fā)送錯誤標志。故錯誤標志在6-12之間。錯誤界定符錯誤界定符由8個位的隱性位構成。節(jié)點發(fā)送錯誤標志后，發(fā)送隱性位，直至檢測到總線上出現(xiàn)隱性位，之后發(fā)送7個剩余隱性位。數據鏈路層—幀結構—錯誤幀數據鏈路層—幀結構—錯誤幀總線上運行的節(jié)點有三種狀態(tài)：主動錯誤可以正常的進行總線通信錯誤產生時，發(fā)送主動錯誤標志（6個連續(xù)顯性位）被動錯誤可以正常的進行總線通信錯誤產生時，發(fā)送被動錯誤標志（6個連續(xù)隱性位）總線關閉被從總線上隔離出去了，不能收發(fā)任何報文數據鏈路層—幀結構—錯誤幀每個節(jié)點都含有REC（接收錯誤計數器）和TEC（發(fā)送錯誤計數器）當接收錯誤產生時，REC增加；正確接收到數據幀，REC減少。當發(fā)送錯誤產生時，TEC增加；正確發(fā)送了數據幀，TEC減少。REC、TEC的數值會引發(fā)節(jié)點狀態(tài)改變特例：如果總線上只有一個節(jié)點，該節(jié)點發(fā)送數據幀后得不到應答，TEC最大只能計到128，即節(jié)點只會進入被動錯誤狀態(tài)而不會進入總線關閉狀態(tài).幀間隔是用于分隔數據幀和遠程幀的幀。數據幀和遠程幀可通過插入幀間隔將本幀與前面的任何幀（數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀）分開。過載幀和錯誤幀前不能插入幀間隔。3個位的隱性位。數據鏈路層—幀結構—幀間隔數據鏈路層—幀結構—過載幀過載幀由過載標志和過載界定符構成。過載標志6個位的顯性位。過載標志的構成與主動錯誤標志的構成相同。過載界定符8個位的隱性位。過載界定符的構成與錯誤界定符的構成相同。在can網絡中，為了避免總線碰撞，引入了“非破壞性逐位仲裁機制”。每一個報文都被分派了標識符。標識符=ID=優(yōu)先級標識符都是由0101……等的二進制數字組合而成的：0：代表顯性、覆蓋。1：代表隱性、被覆蓋。在總線空閑時，最先開始發(fā)送消息的單元獲得發(fā)送權。數據鏈路層—仲裁機制多個單元同時開始發(fā)送時，各發(fā)送單元從仲裁段的第一位開始進行仲裁。連續(xù)輸出顯性電平最多的單元可繼續(xù)發(fā)送。即ID越小，優(yōu)先級越高仲裁失敗的節(jié)點，進入監(jiān)聽狀態(tài)，檢測到總線上有連續(xù)的11個隱性位后，然后又發(fā)報文，進行新一輪仲裁。數據鏈路層—仲裁機制數據鏈路層—仲裁機制如圖所示，A、B、C、D四個節(jié)點在不同的時刻分別往總線上發(fā)送ID為5、7、3、6的消息。請畫出消息在總線上出現(xiàn)的順序（假設每幀報文的傳輸時間占3格）。數據鏈路層—仲裁機制數據鏈路層—位填充位填充：發(fā)送節(jié)點發(fā)送5個連續(xù)的相同電平位后，在位流中自動插入一個電平相反的位。填充區(qū)域為SOF—CRC。清除填充：接收節(jié)點對相同電平位的數量進行檢測，從位流中將填充位去掉

數據鏈路層—位時間和同步一個位可分為4個段，每個段又由若干個時間份額（Tq）構成，總共8-25個Tq

：?同步段（SS）?傳播時間段（PTS）?相位緩沖段1（PBS1）?相位緩沖段2（PBS2）

數據鏈路層—位時間和同步采樣點是讀取總線電平，并將讀到的電平作為位值的點。位置在PBS1結束處。數據鏈路層—位時間和同步段名稱段的作用Tq數同步段

SS多個連接在總線上的單元通過此段實現(xiàn)時序調整，同步進行接收和發(fā)送的工作。由隱性電平到顯性電平的邊沿或由顯性電平到隱性電平邊沿最好出現(xiàn)在此段中。1固定8--25傳播時間段

PTS用于補償網絡上的物理延遲的段。

網絡的物理延遲指發(fā)送單元的輸出延遲、總線上信號的傳播延遲、接收單元的輸入延遲。

這個段的長度為以上各延遲時間的和的2倍。延遲：時鐘誤差、傳輸路徑引起的1--8相位緩沖段1

PBS1由于各單元以各自獨立的時鐘工作，細微的時鐘誤差會累積起來，PBS段可用于補償此誤差。

通過重同步對相位緩沖段1加長和相位緩沖段2縮短。通過對相位緩沖段加減SJW（同步跳轉寬度）吸收誤差。

SJW為PES1和PES2調整的最大長度。

SJW必須小于PES1和PES2的最小值。1--8相位緩沖段2

PBS22--8數據鏈路層—位時間和同步CAN有兩種同步方式：硬同步和重同步。并且遵從以下規(guī)則：1個位中只進行一次同步調整。任何一個“隱性”到“顯性”的跳變都可用于同步。硬同步發(fā)生在幀起始位，即SOF。重同步發(fā)生在一個幀的其他位場內，當跳變沿落在了同步段之外。在SOF到仲裁場有多個節(jié)點同時發(fā)送的情況下，發(fā)送節(jié)點對跳變沿不進行重同步，要等到仲裁分出結果之后再同步。數據鏈路層—位時間和同步CAN有兩種同步方式：硬同步和重同步

硬同步：

初調，主要發(fā)生在幀起始位。即接收單元在總線空閑狀態(tài)檢測出幀起始時進行的同步調整。數據鏈路層—位時間和同步重同步：

在發(fā)送過程中不斷調整。主要發(fā)生在除了SOF外的其他位場內。在接收過程中檢測出總線上的電平變化時進行的同步調整。

每當檢測出邊沿時，根據SJW值通過加長PBS1段，或縮短PBS2段，以調整同步。

例：相位緩沖段1增長，跳變沿位于同步段之后

數據鏈路層—位時間和同步例：相位緩沖段2縮短，跳變沿位于同步段之前物理層—硬件要求—基本結構一個can網絡要正常通信運行，硬件方面需要滿足以下要求：控制器收發(fā)器兩條傳輸線兩個終端電阻（120Ω）物理層—硬件要求—部件功能

控制器接收來自控制單元微處理器的數據，并將數據處理后傳到收發(fā)器。雙向的。目前集成在主芯片中。收發(fā)器由一個發(fā)送器和一個接收器組合而成。收發(fā)器將從控制器接收的數據轉化成能夠通過can-bus傳遞的電信號。并能雙向傳遞。傳輸線雙向傳輸數據的雙絞線，分為CAN-H（黃色）和CAN-L（綠色）。終端電阻防止數據傳輸到兩端時，被反射回來，產生疊加導致數據失真。物理層—硬件要求—數據傳輸過程

數據轉化控制單元通過控制器將數據轉換成數字信息數據傳遞CAN收發(fā)器向總線上傳遞數字信息數據接收與總線相連的控制單元均可以接收到來自同一個控制單元發(fā)送的信息數據檢查控制單元檢查接收的數據數據認可控制單元接受與本系統(tǒng)功能有關的數字信息并將其轉化；忽略無關的信息。物理層—硬件要求—數據傳輸過程

物理層—硬件要求—數據傳輸過程LowlevelHighlevel物理層—總線電平—總線隱性電壓參數

參數符號單位最小值正常值最大值測試條件總線電壓輸出范圍VCAN_HV0.12.54.5VCAN_LV0.12.54.5差分電壓輸出范圍VdiffmV-400012當每個ECU接入總線時測得注：1：在CAN_H和CAN_L之間接入等效于兩個終端電阻的等效電阻（60Ω），并以每個ECU的地為參考測得。

△V=2

△V=0

0

1

LowlevelHighlevel物理層—總線電平—總線顯性電壓參數

參數符號單位最小值正常值最大值測試條件總線電壓輸出范圍VCAN_HV3.03.57.0以每個ECU的地為參考測得VCAN_LV-2.01.5差分電壓輸出范圍VdiffV1.22.03.0當每個ECU接入總線時測得

△V=2

△V=0

0

1

CANH黃色CAN綠色Difference顯性3.8