CAN2.0协议规范.ppt

Version 1.20版 2006年5月,CAN-bus 2.0A/B规范,CAN-bus简介 CAN-bus主要特性 CAN-bus规范 ISO/OSI网络模型 帧格式 帧类型 总线仲裁 位流编码,目录,位填充 错误检测机制 错误类型 故障界定 单元状态 振荡器容差 位定时 同步,控制器局域网CAN（Controller Area Network），最初是由德国Bosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。 作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus逐步被广泛应用到各种控制领域。 1991年9月，Philips半导体公司制定并发布CAN技术规范：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准 ISO11898。 CAN-bus是唯一成为国际标准的现场总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。,CAN-bus简介,多主结构依据优先权进行总线访问 无破坏性的基于优先权的逐位仲裁 借助验收滤波器的多地址帧传递 远程数据请求 全系统数据相容性 错误检测和出错信令 很远的数据传输距离（长达10Km） 高速的数据传输速率（高达1Mbps） 高度实时性：每帧报文允许传输最高8个字节的数据 发送期间丢失仲裁或出错而遭到破坏的帧可自动重发 暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离 脱离总线的节点不影响总线的正常工作,CAN-bus主要特性,CAN-bus 规范（ Version 2.0 ） CAN2.0A ：CAN标准报文格式 CAN2.0B ：CAN标准报文格式和扩展报文格式 ISO11898-1/2/3/4 国际标准 CAN-bus 技术规范的目的 定义数据链路层 定义CAN协议在周围各层中所发挥的作用,CAN-bus 规范,ISO/OSI网络模型,LLC：逻辑链路控制子层 MAC：媒体访问控制子层,Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover Management Medium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation - Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/Deserialization,Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/Synchronization Physical Medium Attachment (PMA) - Driver/Receiver Characteristics Medium Dependent Interface (MDI) - Connectors,ISO/OSI网络模型表述,二种不同的CAN帧格式 CAN规范2.0B中引入第二种报文格式 标准帧和扩展帧 具有11位标识符的CAN帧称为：标准帧 具有29位标识符的CAN帧称为：扩展帧 CAN控制器必须完全支持标准帧(收/发) CAN控制器必须支持接收扩展帧,帧格式,数据帧 从发送节点向其它节点发送数据 远程帧 向其它节点请求发送具有同一识别符的数据帧 错误帧 指明已检测到总线错误 过载帧 过载帧用以在数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时,帧类型,数据帧组成 帧起始（Start of Frame） 仲裁场（Arbitration Frame） 控制场（Control Frame） 数据场（Data Frame） CRC场（CRC Frame） 应答场（ACK Frame） 帧结尾（End of Frame） 数据场的长度可以为0 允许DLC8 (*见协议实现指南),数据帧,标准数据帧结构,RTR=0,标准帧格式：具有11位标识符； 扩展帧格式：具有29位标识符； 两种帧格式的区别通过“控制场”（Control Frame）中的“识别符扩展”位（IDE bit）来实现； 两种帧格式可出现在同一总线上。,扩展数据帧,扩展数据帧结构,RTR=0,RTR=0,扩展数据帧,标准数据帧,也有二种，标准远程帧、扩展远程帧； 除了没有数据域(Data Frame)，以及RTR位是隐性(“1”)以外，与数据帧完全一样。,远程帧,扩展远程帧,RTR=1,错误帧 当节点检测到一个或多个由CAN标准所定义的错误时，就产生一个错误帧。,错误帧,过载帧 过载帧用以在先行和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。,过载帧,帧间空间,通过帧间空间（Interframe Spacing）隔离数据帧（或远程帧）与先行帧； 帧间空间的组成： 3个隐性(“1”)的间歇场（ INTER MISSION ） 长度不限的总线空闲位场 （ BUS IDLE ） 错误被动节点发出的挂起传送场（SUSPEND TRANSMISSION）,总线上“显性”电平支配“隐性”电平； 逻辑“0” =“显性” 电平； 逻辑“1” =“隐性”电平。 总线空闲时，任何节点可以开始发送报文； 总线上每条报文都具有唯一的一个11位或29位标识符； 报文标识符的值越小，报文具有越高的优先权； 多个节点同时发送时，总线在“仲裁场”进行“逐位仲裁” ； 传送高优先级报文的节点赢得仲裁，并继续传输报文； 失去仲裁的节点在总线空闲时重新传送。,总线仲裁（Bus Arbitration）,总线仲裁示意图,Arbitration Field,位流编码采用“不归零”（NRZ）方法编码 在完整的位时间里，位电平要么为“显性”，要么为“隐性”； 有足够的跳边沿利于总线各节点重新同步； 要求采取“位填充”（Bit Stuffing）。,位流编码（Bit Coding）,位流编码实例,标准数据帧,CANL 波形,CANH 波形,当发送器检测到位流里有5个连续相同值的位，便会自动在位流里插入一补充位，接收器会自动删除这个补充位。 最多经过5个位时间，各节点可以重同步； 能够通过总线上的错误标志（Error Flag 6个连续相同的位）反映发送错误。 在固定的位场中不使用位填充。,位填充（Bit Stuffing）,位填充示意图,进行检测错误，采取以下措施： 监视（对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较） 循环冗余检查 位填充 报文格式检查,错误检测机制,错误检测的机制具有以下的属性： 检测到所有的全局错误 检测到发送器所有的局部错误 可以检测到报文里多达5 个任意分布的错误 检测到报文里长度低于15（位）的突发性错误 检测到报文里任一奇数个的错误 对于没有被检测到的错误报文，其剩余的错误可能性概率低于：报文错误率 4.7 * 10-11,错误检测机制,位错误（Bit Error）：发送的位值和总线监视的位值不相符合时，检测到一个位错误(除仲裁场、应答场外)； 填充错误（Stuff Error）：如果在使用位填充编码的位流中，出现了第六个连续相同的位电平，将检测到一个位填充错误； 形式错误 （Form Error）：当一个固定形式的位场含有一个或多个非法位时，将检测到一个形式错误； 应答错误 （Acknowledgment Error ）：在应答间隙（ACK SLOT）所监视的位不为“显性”，则会检测到一个应答错误； CRC 错误（CRC Error）：如果接收器的CRC结果和发送器的CRC结果不同，将检测到一个CRC错误。,错误类型,总线单元使用两种错误计数器进行故障界定 发送错误计数(TEC) 接收错误计数(REC) 错误计数规则(共12条规则) 节点发送时产生错误，将导致TEC加8； 节点成功发送1帧报文后，TEC将减1 ，直到0 ； 节点接收时检测到错误，将导致REC加8； 节点成功接收1帧报文后，REC将减1，直到0； ,故障界定,单元存在的三种状态 错误主动(Error active)：“错误主动”的单元可以正常地参与总线通讯，并在错误被检测到时发出主动错误标志。 错误被动(Error passive)：“错误被动”的单元不允许发送主动错误标志。“错误被动”的单元参与总线通讯，在错误被检测到时只发出被动错误标志。 总线关闭(Bus off)：“总线关闭”的单元不允许在总线上有任何的影响 (比如，关闭输出驱动器)。,单元状态,辨别节点处于暂时错误和永久性故障； 故障节点自动脱离总线，防止网络锁定。 错误主动 错误被动 总线关闭,单元状态切换(1),TEC：发送错误计数 REC：接收错误计数,单元状态切换(2),由于给定的最大振荡器容差为1.58%，因此凭经验可将陶瓷谐振器使用在传输率高达125 kbps的应用里。 有关更多准确的评估，请参考： Dais, S; Chapman, M; “Impact of Bit Representation on Transport Capacity and Clock Accuracy in Serial Data Streams”,SAE Technical Paper Series 890532, Multiplexing in Automobiles SP-773 March 1989 为了满足CAN协议的整个总线速度范围，需要使用晶振。 具有最高振荡准确度要求的芯片，决定了其他节点的振荡准确度。,振荡器容差,采样点的选取 至少应在传播延迟时间后采样 需要在采样点的两边引入附加的同步缓冲 可配置的位时间段(配置成825个时间份额),位定时,硬同步(Hard Syhc