CANBUS协议-物理层及链路层详细分析

1、CANBUS协议物理层及链路层详细分析2012-2-20目的本文档的目的是指导我们熟悉CANBUS通讯协议的物理层及链路层，便于我们更好的开展有关CANBUS的相关工作。培训内容什么是CANCAN的发展历程CAN的主要特性CAN如何工作CAN的物理层描述CAN的链路层描述什么是CANCAN，全称为“Controller Area Network”， 即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN 被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN 控制装置

2、。一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如当使用Philips P82C250 作为CAN 收发器时，同一网络中允许挂接110 个节点。一个典型的CAN应用于汽车控制的例子如下所示：CAN的发展历程CAN 最初出现在80 年代末的汽车工业中，由德国Bosch 公司最先提出。当时由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN 总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于

3、是他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。1993 年，CAN 已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519 低速应用。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。CAN如何工作(二)CAN 能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等，最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H” 和“CAN_L”， 静态时均是2.5V 左右，此时状态表示为逻辑1 ，也可以叫做“隐性” 。用CAN_H 比CAN_L 高表示的逻辑0， 称为“显性”，此时通常电压值为CAN_H

4、=3.5V 和CAN_L = 1.5V 。CAN的主要特性低成本极高的总线利用率很远的数据传输距离(长达10Km)高速的数据传输速率(高达1Mbit/s)可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能、优先级信息CAN如何工作(一)CAN 通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN 层的定义与开放系统互连模型OSI 一致。每一层与另一设备上相同的那一层通讯，实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连，CAN 的规范定义了模

5、型的最下面两层：数据链路层和物理层。物理层：规定通讯介质的物理特性(如电气特性和信号交换的解释)；数据链路层：规定了在介质上传输的数据位的排列和组织(如数据校验和帧结构)。CAN的物理层描述可分为单线CAN协议和双线CAN协议。单线CAN协议目前主要出现在GM和OPEL车系里面，1号脚通讯，波特率为33.3K。双线CAN协议常见的波特率有500K(6/14)、 500K(3/8)、 250K(6/14)、125K(3/11)、50K(1/9)，括号内为通讯脚位。单、双线CAN协议的命令交互格式基本一致。CAN的链路层描述CAN2.0A标准帧格式CAN2.0B扩展帧格式ISO 15765协议数据

6、格式命令交互方式CAN2.0A标准帧格式CAN2.0A标准帧为11个字节，包括信息和数据两部分，前3个字节为信息部分。字节1 ：第7位FF表示帧格式（在标准帧中FF0，在扩展帧中FF1）；第6位RTR 表示帧的类型（RTR=0表示为数据帧 RTR=1表示为远程帧）；DLC 表示在数据帧时实际的数据长度,上图 中是指从字节4-字节11.字节2-3 ：为报文识别码(过滤ID的高11位)字节4-11：为数据帧的实际数据，远程帧时无效。CAN2.0B扩展帧格式字节1：为帧信息第7位FF表示帧格式（在标准帧中FF0，在扩展帧中FF1）；第6位RTR 表示帧的类型（RTR=0表示为数据帧 RTR=1表示为

7、远程帧）； DLC表示在数据帧时实际的数据长度， 上图中是 指字节6-字节13字节25为报文识别码(过滤ID的高29位)字节613 为数据帧的实际数据，远程帧时无效ISO 15765协议数据格式(一)N_AI:地址信息部分N_PCI:协议控制信息部分N_Data:数据区ISO 15765协议数据格式(二)SF_DL:单帧数据域的字节长度，N_PCI的长度不包括在内FF_DL:多包数据的数据域字节总长度SN:多包数据的数据包编号FS:流控制状态信息BS:数据块大小(Block Size)STmin:多包数据传输的最小时间间隔命令交互方式(一)发一帧回一帧发一帧回多帧发多帧回一帧发多帧回多帧流控制

8、帧说明命令交互方式(二)发一帧回一帧：Tools : 08H FCH 00H 03H 19H 02H FFH 00H 00H 00H 00HECU : 08H FDH 00H 04H 59H 02H FFH 01H 80H 01H 00H第一个字节的低4位表示除报文识别码的两个字节外其他字节的长度，第四个字节03表示后面有效数据的长度。命令交互方式(三)发一帧回多帧：Tools : 08H FCHECU : 08H FDHTools : 08H FCHECU : 08H FDHECU : 08H FDHECU : 08H FDH00H00H00H00H00H00H02H10H30H21H22H

9、23H21H82H00H34H30HFFH00H61H00H41H31HFFH00H00H00H42H38HFFH00H4CH00H43H34H2AH00H46H00H35H32HFFH00H50H00H36H33HFFH00H48H00H39HFFHFFHECU : 08H FDHECU : 08H FDHECU : 08H FDHECU : 08H FDH00H00H00H00H2FH20H21H22HFFHFFHFFHFFHFFHFFHFFHE4HFFHFFHFFH81HFFHFFHFFHFFHFFHFFHFFH30HFFHFFHFFH00HFFHFFHFFH00H发出请求帧后，如果响应

10、帧的第四个字节高四位为1，则表示回多帧。响应帧有效数据长度为0 x1082&0 x0FFF=0 x82?，表示有130个有效数据。设备紧跟着发送流控制帧来接收下面的有效回复数据，这个流控帧在不同的车上可能会不一样。命令交互方式(四)发多帧回一帧：ToolsECUToolsToolsToolsECU:08H08H08H08H08H08HFCHFDHFCHFCHFCHFDH00H00H00H00H00H00H10H30H21H22H23H04H16H00H07H07H14H41H01H00H08H0EH15H02H02H00H09H0FH16HFFH03H00H0AH10H00H01H04H00H

11、0BH11H00H00H05H00H0CH12H00H00H06H00H0DH13H00H00H发第一条请求帧的时候，如果请求帧第4个字节高四位为1，41H是对01的肯定应答则表示发多帧，发送的命令数据长度有第4，第5个字节一起决定，在这里数据长度为16H，这时候ECU响应0 x30的流控制帧，Tools继续发送请求帧，发送完后，ECU响应正确的命令回复。命令交互方式(五)发多帧回多帧：ToolsECUToolsECUToolsECUECU:08H08H08H08H08H08H08HFCHFDHFCHFDHFCHFDHFDH00H00H00H00H00H00H00H10H30H21H10H30H21H22H09H00H07H0FH00HFFHF1H01H00H08H59H00H01HFFH02H00H09H02H00H79H00H03H00H00HFFH00HF1H00H04H00H00H01H00HE3H00H05H00H00H80H00H01H00H06H00H00H00H00H62H00H在这种情况下的交互，将发1帧回多帧和发多帧回1帧结合就可以了。需要注意的是，对于不同的ECU，有的