《CAN总线及应用》ppt课件

1、CAN总线及运用苏州大学计算机科学与技术学院苏州大学计算机科学与技术学院 王宜怀王宜怀2021年年8月月V1.0一、目的定位一、目的定位目的：以MSCAN08和MSCAN12为例如，讲述CAN现场总线，初步掌握CAN总线技术的运用。根本要求：了解CAN通讯协议根本概念，掌握CAN通讯接口硬件设计和MSCAN08和MSCAN12编程方法二、主要内容二、主要内容 CANCAN技术规范技术规范 MSCAN08MSCAN08模块模块 MSCAN08MSCAN08通讯接口硬件电路通讯接口硬件电路 MSCAN08MSCAN08模块的编程构造模块的编程构造 MSCAN08MSCAN08通讯子函数与测试实例通

2、讯子函数与测试实例 MSCAN12MSCAN12模块模块 MSCAN12MSCAN12模块的编程构造模块的编程构造 MSCAN12MSCAN12的自环测试实例的自环测试实例uCANCAN通讯协议主要描画设备之间的信息传送方式。通讯协议主要描画设备之间的信息传送方式。uCANCAN各层的定义与开放系统互连模型各层的定义与开放系统互连模型OSIOSI一致。一致。CANCAN技技术规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理术规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层，是设计层，是设计CANCAN运用系统的根本根据。运用系统的根本根据。u19911991年年9 9月月BoschBosch公司发布

3、了公司发布了CANCAN技术规范技术规范Version2.0Version2.0。该 技 术 规 范 包 括该 技 术 规 范 包 括 A A 和和 B B 两 部 分 ，两 部 分 ， 2 . 0 A2 . 0 A 给 出 了 在给 出 了 在Version1.2Version1.2中定义的中定义的CANCAN报文格式，而报文格式，而2.0B2.0B给出了规给出了规范的和扩展的两种报文格式。范的和扩展的两种报文格式。u规范主要是针对规范主要是针对CANCAN控制器的设计者，对大多数运用控制器的设计者，对大多数运用系统设计人员来说，只需对系统设计人员来说，只需对Version2.0Versio

4、n2.0版技术规范的版技术规范的根本构造、概念、规那么作普通了解，知道一些根本根本构造、概念、规那么作普通了解，知道一些根本参数和可访问的硬件即可。参数和可访问的硬件即可。CAN技术规范技术规范CAN的根本概念的根本概念报文和信息路由报文和信息路由报文报文(Messages)(Messages) 在总线上传输的信息。在总线上传输的信息。信息路由信息路由(Information Routing)(Information Routing) CAN CAN不对通讯单元分配地址，报文的寻不对通讯单元分配地址，报文的寻址内容由报文的标识符指定。一切址内容由报文的标识符指定。一切CANCAN节节点经过报文

5、滤波来判别能否接纳报文。点经过报文滤波来判别能否接纳报文。 位速率位速率位速率位速率(Bit Rate)(Bit Rate) 指总线的传输速率，下表列出了间隔与指总线的传输速率，下表列出了间隔与位速率的相关数据。这里的最大间隔是指位速率的相关数据。这里的最大间隔是指不接中继器的两个单元之间的间隔。不接中继器的两个单元之间的间隔。位定位与同步位定位与同步u标称位速率标称位速率Nominal Bit RateNominal Bit Rate：理想的发送：理想的发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。u标称位时间标称位时间Nominal Bit Tim

6、eNominal Bit Time：是标称位速：是标称位速率的倒数。分成几个不重叠的片段：同步段率的倒数。分成几个不重叠的片段：同步段(SYNC_SEG(SYNC_SEG、传播段、传播段(PROG_SEG)(PROG_SEG)、相位段、相位段1(PHASE_SEG1)1(PHASE_SEG1)、相位段、相位段2(PHASE_SEG2)2(PHASE_SEG2)。 同步段 相位段1 相位段2 传播段 采样点 标称位时间 优先权优先权优先权优先权(Priorities)(Priorities) 在在CANCAN总线上发送的每一个报文都具有总线上发送的每一个报文都具有独一的一个独一的一个1111位或

7、位或2929位的标识符，标识位的标识符，标识符越小，那么报文优先权越高，因此一符越小，那么报文优先权越高，因此一个为全个为全0 0标识符的报文具有最高级优先权。标识符的报文具有最高级优先权。单通道单通道单通道单通道(Single Channel)(Single Channel) CAN CAN总线由单一通道组成，借助数据的总线由单一通道组成，借助数据的同步实现信息传输，可以是单线同步实现信息传输，可以是单线( (加地加地线线) )、两条差分线、光纤等，通常运用双、两条差分线、光纤等，通常运用双绞线。绞线。总线表示总线表示总线数据表示总线数据表示(Bus Values)(Bus Values)

8、C A N C A N 总 线 上 用 显 性总 线 上 用 显 性 ( D o m i n a n t )( D o m i n a n t ) 和 隐 性和 隐 性(Recessive)(Recessive)表示表示0 0和和1 1。当在总线上出现同时发。当在总线上出现同时发送显性位和隐性位时，总线上数值将出现显性。送显性位和隐性位时，总线上数值将出现显性。总线上的信号运用差分电压传送，两条信号线被总线上的信号运用差分电压传送，两条信号线被称为称为CAN_H CAN_H 和和CAN_LCAN_L。标识符检验滤波标识符检验滤波u 当总线上有报文到达时，当总线上有报文到达时，MSCAN08MS

9、CAN08会将该报文的标会将该报文的标识符与本地的标识符校验存放器中进展比较，本地识符与本地的标识符校验存放器中进展比较，本地标识符屏蔽存放器那么是用于指定比较结果能否有标识符屏蔽存放器那么是用于指定比较结果能否有影响，影响，1 1表示相应位的比较结果不影响报文的接纳。表示相应位的比较结果不影响报文的接纳。报文传输类型报文传输类型报文传输由报文传输由4 4种不同的帧类型表示和控制：种不同的帧类型表示和控制：数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接纳器。数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接纳器。远程帧：总线单元发出远程帧，恳求发送具有同远程帧：总线单元发出远程帧，恳求发送具有同一标识符的数据帧。一标

10、识符的数据帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。过载帧：过载帧用于在先行和后续数据帧或远过载帧：过载帧用于在先行和后续数据帧或远程帧之间提供一附加的延时。程帧之间提供一附加的延时。数据帧构造数据帧构造 帧间空间 仲裁场 控制场 数据场 CRC场 帧结束 数据帧 帧起始 应答场 帧间空间 或过载帧 数据帧组成数据帧组成远程帧构造远程帧构造远程帧的组成远程帧的组成帧间空间帧间空间仲裁场仲裁场控制场控制场CRC场场帧终了帧终了远程帧远程帧帧起始帧起始应对场应对场帧间空间帧间空间或过载帧或过载帧错误帧构造错误帧构造错误帧的组成错误帧的组成 数据帧

11、错误标志 错误标志的重叠 错误界定符 错误帧 帧间空间 或过载帧 过载帧构造过载帧构造过载帧的组成过载帧的组成 数据帧 过载标志 过载标志的重叠 过载界定符 过载帧 帧间空间 或过载帧 MSCAN08特性特性MSCAN08-Freescale可晋级控制器局域网可晋级控制器局域网Motorola scalable controller area network，MSCAN：符合符合CAN2.0A/B协议规范，支持规范和扩展数据帧协议规范，支持规范和扩展数据帧位速率可编程，最大位速率可编程，最大1Mbps数据帧长度为数据帧长度为08字节字节支持远程恳求帧支持远程恳求帧1个个FIFO接纳缓冲区，接纳

12、缓冲区，3个具有部分优先级的个具有部分优先级的FIFO发送缓冲发送缓冲区区标识符验收方式可配置成标识符验收方式可配置成1个个32位过滤码、位过滤码、2个个16位过滤码、位过滤码、4个个8位过滤码，或者封锁滤波器位过滤码，或者封锁滤波器内置低通滤波的远程唤醒功能内置低通滤波的远程唤醒功能自环任务方式自环任务方式MSCAN08外部引脚外部引脚u MSCAN08MSCAN08有有2 2根外部引脚：根外部引脚：CANRX(CANRX(输入输入) )和和CANTX(CANTX(输出输出) )u CANTXCANTX代表代表CANCAN上的逻辑电平：上的逻辑电平：0 0为高电平为高电平( (显性显性) )

13、，1 1为为低电平低电平( (隐性隐性) )。MSCAN08MSCAN08模块构建的典型的模块构建的典型的CANCAN系统如系统如下图：下图：MSCAN08通讯接口电路通讯接口电路MSCAN08的编程构造的编程构造内存映射内存映射MSCAN08的编程构造的编程构造报文收发缓冲区报文收发缓冲区MSCAN08的编程构造的编程构造存放器存放器MSCAN08通讯实现通讯实现u 初始化初始化MSCAN08通讯实现通讯实现u 发送和接纳函数发送和接纳函数MSCAN08自环通讯测试实例自环通讯测试实例(1)(1)回环任务方式测试工程文件列表回环任务方式测试工程文件列表MSCAN08自环通讯测试实例自环通讯测

14、试实例(2)(2)回环任务方式回环任务方式C C言语主程序言语主程序MSCAN08正常通讯测试实例正常通讯测试实例(1)(1)查询方式效力器节点查询方式效力器节点C C言语主程序言语主程序MSCAN08正常通讯测试实例正常通讯测试实例(2)(2)查询方式客户节点查询方式客户节点C C言语主程序言语主程序MSCAN12模块简介模块简介MSCAN12特性与特性与MSCAN08几乎一样：几乎一样：符合符合CAN2.0A/B协议规范协议规范支持规范和扩展数据帧格式支持规范和扩展数据帧格式数据长度为数据长度为08字节字节位速率可编程，最大位速率可编程，最大1Mbps支持远程帧支持远程帧拥有拥有5个个FI

15、FO机制的接纳缓冲区，机制的接纳缓冲区，3个具有部分优个具有部分优先级的发送缓冲区先级的发送缓冲区具有灵敏的标识符验收方式具有灵敏的标识符验收方式MSCAN12模块框图模块框图 晶振时钟 总线时钟 发送中断请求 接收中断请求 错误中断请求 唤醒中断请求 配置 寄存器 控制和 状态 唤醒 低通滤波 消息过滤和缓冲 接收/发送驱动器 CAN 时钟 Tq 时钟 预 分频 MSCAN12 模块 CAN 接收 CAN 发送 时钟 选择 MSCAN12外部引脚外部引脚 120 MCU CAN 控制器 （ MSCAN12） 收发器 CANH CANL CANRX CAN 节点 1 CAN 节点 2 CAN

16、节点 3 120 CANH CANL CANH CANL CANTX MSCAN12报文缓冲区构造报文缓冲区构造 接 收 发 送 报文缓冲区组织图报文缓冲区组织图MSCAN12编程构造编程构造内存映射内存映射控制寄存器 12个字节 错误计数器 2个字节 标识符过滤器 16个字节 接收缓冲区 16个字节（窗口机制） 发送缓冲区 16个字节（窗口机制） 保留 2个字节 地址偏移量 MSCAN12编程构造编程构造存放器存放器1) MSCAN控制存放器控制存放器0(CANCTL0)2) MSCAN控制存放器控制存放器1(CANCTL1)3) MSCAN总线时钟存放器总线时钟存放器0(CANBTR0)4

17、) MSCAN总线时钟存放器总线时钟存放器1(CANBTR1)5) MSCAN接纳器标志存放器接纳器标志存放器(CANRFLG)6) MSCAN接纳器中断使能存放器接纳器中断使能存放器(CANRIER)7) MSCAN发送器标志存放器发送器标志存放器(CANTFLG)8) MSCAN发送器中断使能存放器发送器中断使能存放器(CANTIER)9) MSCAN发送器音讯中止控制存放器发送器音讯中止控制存放器(CANTARQ)10) MSCAN发送器音讯中止控制存放器发送器音讯中止控制存放器(CANTAAK)11) MSCAN发送缓冲区选择存放器发送缓冲区选择存放器(CANTBSEL)12) MSC

18、AN标识符验收控制存放器标识符验收控制存放器(CANTIDAC)13) MSCAN接纳错误计数存放器接纳错误计数存放器(CANRXERR)14) MSCAN发送错误计数存放器发送错误计数存放器(CANTXERR)15) MSCAN标识符验收码存放器标识符验收码存放器(CANIDAR07)16) MSCAN标识符屏蔽存放器标识符屏蔽存放器(CANIDMR07)MSCAN12模块的自环通讯实例模块的自环通讯实例MSCAN12通讯头文件通讯头文件MSCAN12.h1CAN通讯存放器及标志位定义通讯存放器及标志位定义2CAN通讯誉到的设置量定义通讯誉到的设置量定义3CAN通讯相关函数声明通讯相关函数声

19、明4CAN通讯初始化通讯初始化MSCAN12通讯函数文件通讯函数文件MSCAN12.c 1CAN通讯初始化：通讯初始化：void CANInit(void) 2 C A N 发 送发 送 1 帧 数 据 ：帧 数 据 ： I N T 8 U CANSND1DFRM(INT16U ID,INT8U * DataBUF, INT8U LEN)3查找空闲发送缓冲区：查找空闲发送缓冲区：INT8U GetSNDBUF(void)4CAN接纳接纳1帧数据：帧数据：INT8U CANRCV1FRM(INT8U * CANRCVBUF)MSCAN12模块的自环通讯实例模块的自环通讯实例1. 自环通讯方式测试工程主函数文