CAN总线及应用实例

1、FpgCAN总线及应用实例（1） CAN特点 CAN为多主方式工作，网络上任意智能节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信 息，而不分主从，且无需站地址等节点信息，通信方式灵活。利用这特点可方便地构成多机备份系统。 CAN网络上G节点信息分成不同G优先级（报文有2032种优先权），可满足不同G实时要求，高优先级G数据最多可在134,us内得到传输。 CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低G节点会主动地退出发送，大大节省了总线冲突仲裁时间。 CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门调度”。 CANG直接通信距离

2、最远可达l 0km（速率5kbp以下）：通信速率最高可达 Mbps（此时通信距离最长为40m）。 CAN上G节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达 110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A）,而扩展（CAN2.0B） G报文标识符几乎不受限制。（2） CAN总线协议CAN协议以国际标准化组织G开放性互连模型为参照，规定了物理层、传输层和对象 层，实际上相当于ISO网络层次模型中G物理层和数据链路层。图3.9为CAN总线网络层次结构，发送过程中，数据、数据标识符及数据长度，加上必要G总线控制信号形成串行G 数据流，发送到串行总线上，接收方再对数据流进行分析，从中提取有效G数据。CAN协

3、议G一个最大特点是废除了传统G站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，数据在网络上通过广播方式发送。其优点是可使网络内G节点个数在理论上不受限制（实际中受网络硬件G电气特性限制），还可使同一个通信数据块同时被不同G节点接收，这在分布式控制 系统中非常有用。CAN 2.0A版本规定标准 CAN G标识符长度为11位，同时在2.0 B版本中又补充规定了标识符长度为29位G扩展格式，因此理论上可以定义2 G 11次方或2 O19次方种不同G数据块。 遵循CAN 2.0 B协议O CAN控制器可以发送和接收标准格式报文 （11位标识符）或扩展格式报文（29位标识符），如果禁止CAN 2.0B则CAN

4、控制器只能发送和接收标准格式报文而忽略扩展格式G报文，但不会出现错误。每个报文数据段长度为0-8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及检测数据传送G一般要求。同时，8个字节占用总线时间不长，从而保证了通信G实时性。CAN协议采用CRC检验并提供相应 G错误处理功能，保证了数据通信G可靠性。对象层：报文滤波、报文和状态G处理传输层：故障界定、错误检测和信令、报文校验、应答、仲裁、报文分帧、传输速 率和定时物理层：信号电平和位表示、传输媒体图3.9 CAN总线层次结构（3）报文传送和帧结构CAN总线以报文为单位进行信息传送。报文中包含标识符，它标志了报文G优先权。CAN总线上各个节点都可

5、主动发送。如同时有两个或更多节点开始发送报文，采用标识符 ID来进行仲裁，具有最高优先权报文节点赢得总线使用权，而其他节点自动停止发送。在 总线再次空闲后，这些节点将自动重发原报文。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构G任何信息。报文中G标识符并不指出报文G目G地址，而是描述数据G含义。网络Fpg中G所有节点都可有标识符来自动决定是否接收该报文。每个节点都有标识符寄存器和屏蔽寄存器，接收到G报文只有与该屏蔽G功能相同时，该节点才开始正式接收报文，否则它将不理睬标识符后面G报文。CAN支持4种不同类型报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧、帧间空间1）数据帧用于在各个节点之间传送数据或

6、命令，它有7个不同G位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束，如图 3.10-13所示。帧间空间 卜数据帧 d帧间空间4 仲裁场 控制场 数据场 crc场 4 帧结束或超载帧帧起始ACK场图3.10数据帧帧起始标志数据帧G开始。它由一个主控位构成。 中裁场由11位标识符（M）和远程发送请求位（RTR）组成，其中最高7位。不能全是E1性位。 M决定了报文G优先权。如主控位为0,隐性位为1,则M G数值越小,优先权越高。对数据帧，RTR为主控电平。 控制场r1和r0为保留位，应发送主控电平。DLC为数据长度码n,它为0-80 数据场允许G数据字节长度为0 8,由n决定。

7、应答场包括应答位和应答分隔符。发送站发出G这两位均为隐性电平。而正确地接收到有 效报文G接收站，在应答位期间应传送主控电平给发送站。应答分隔符为隐性电平。 帧结束由7位隐性电平组成。仲裁场控制场坤 数据场标准格式S O F11位标识符RTRr0DLC11位标识符18位标识符RTRr1r0DLC图3.11仲裁场扩展格式仲裁场控制场仲裁场 *控制场4卜一数据场或CRC场r1r0DLC3DLC1DLC0DLC2保留位置“数据长度码图3.13控制场以上为标准格式G数据帧，除此之外，在 CAN规范2.0 B中，还定义了扩展格式G数据帧， 它G标识符扩展为 29位。它G前11位标识符后G两位为 SRR和M

8、E,它们均为隐性电平, 后面为新增G 18位标识符，其余与标准格式相同。表3.2数据长度码中数据字节数目编码数据字节 数目数据长度码DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4drdd5drdr6drrd7drrr8rddd2）远程帧图3.14远程帧3）出错帧数据帧f4出错帧错误标志4帧间空间或超载帧错误标志叠加*r错误界定符图3.15 出错帧1）超载帧FpgFpg帧结束或一超载帧川帧间空间或超载帧超载界定符.超载标志一A错误界定符 _JW超载标志叠力口A-超载界定符图3.16超载帧（4） CAN通信接口图3.17是CAN通信部分电路，SJA1000是一种独立用于

9、移动目标和一般工业环境中G区域网络控制。它是Philips半导体公司PCA82C200CAN控制器（BasicCAN）斤瞽代品，而且 它增加了一种新G操作模式PeliCAN ,这种模式支持具有很多新特性GCAN2.0B G协议，独立G CAN 控制器有 2个不同G操作模式：BasicCAN 模式和 PeliCAN 模式其中BasicCAN模式可和 PCA82c250相兼容BasicCAN模式是上电后默认G操作模式，因此用 PCA82C250 （是协议控制器和物理传输线路之间收发器）开发G已有硬件和软件可以直接在SJA1000上使用而不用作任何修改； PeliCAN模式是新G操作模式它能够处理所

10、有 CAN2.0B规范G帧类型而且它还提供一些增强功能和SJA1000能应用于更宽G领域。1Pl .0vccPl 4PO.OPl .2POJPl .3P0,2Pl ,4P03Pl .5P0,4Pl.6POiPl.7PO.SEST/VPDP0.7P3.0/RsDEA/VppP3.1jTxD ALE/PROGP3.2J1HT0PSENP3.3/IHT1P2.7P3.4JT0P2«P3.5EP23P3.6WRP2.4P3.7/RDP2JXTAL2P2.2XTALiP2.1GNDP2JD4 012323933S2443725S书2fi63527734288331932210314113051

11、229613283M2716152617162510K1724182322202189S52ADOTXOADITX1AD2RXOADSRXIAD4CLKOUTADSAD6MODEAD7VDD1CSVDD2RDVDD3WVSS1ALEVS52INTEET口言 代Qso HSHQ 00> 1MMUQS 明湛61皈 口"1口±=22P *疏外心L gHP1120CAM BUS图3.17 CAN通信部分电路1） SJA1000 G特征能分成3组：已建立G PCA82C200功能这组G功能已经在PCA82C200里实现。改良G PCA82C200功能这组功能G部份已经在PCA8

12、2C200里实现但是在 SJA1000里这些功能在速度大小和性能方面得到了改良。PeliCAN模式G增强功能在PeliCAN模式里SJA1000支持一些错误分析功能支持系统诊断系统维护系统优化而且这个模式里也加入了对一般CPU G支持和系统自身测试G功能。SJA1000管脚:AD0-AD7 :地址/数据复用信号ALE/AS : ALE输入信号（Intel模式），AS输入信号（Motorola模式）/CS:片选信号，低电平有效/RD：微控制器G /RD信号（Intel模式），或E使能信号（Motorola模式）/WR:微控制器G /WR信号（Intel模式），或R/W使能信号（Motorola模

13、式）CLKOUT :提供给微控制器G时钟输出信号，通过可编程分频器由内部晶振产生；时 钟分频寄存器G时钟关闭位可禁止该引脚。VSS1：接地端，VSS2：输入比较器接地端，VSS3：输出驱动器接地端。Vddi :逻辑电路G 5V电源，VDD2输入比较器5V电源，Vdd3输出驱动器5V电源。XTAL1,2 :分别位振荡器放大电路输入输出。MODE ：模式选择输入，1= Intel模式，0= Motorola模式。TX0,TX1:由输出驱动器0、1到物理线路G输出端。/INT :中断输出，开漏输出。/RST:复位输入。RX0,RX1 :由物理总线到 SJA1000输入比较器G输入端，显性电平将会唤醒

14、SJA1000G睡眠模式；如果 RX1>RX0 G电平高，读出为显性电平，反之读出G隐性电平；如果时钟 分频寄存器G CBP位被置位，就忽略 CAN输入比较器以减少内延时（此时连有外部收发电 路）；这种情况下只有RX0是激活隐性电平被认为是高，而显性电平被认为是低。PCA82C250/251收发器是协议控制器和物理传输线路之间G接口，对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，可连接110个节点。PCA82C250/251 管脚：TXD :发送数据输入GND :地Vcc：电源 4.55.5 VRXD :接收数据输出Vref:参考电压输出CANH :彳氐电平CAN电压输入/输出

15、CANH :高电平CAN电压输入/输出Rs：斜率电阻输入，接地选择高速工作模式2）SJA1000 G基本功能和寄存器： BasicCAN功能说明表3.3为SJA1000寄存器说明。表3.3 SJA1000寄存器说明地址功能段操作模式中G寄存器功能复位模式中G寄存器高功能0各类控制器读写读写1控制控制控制控制2FFH命令FFH命令3状态一状态一4FFH一中断一5FFH一验收代码验收代码6FFH一验收屏蔽验收屏蔽7FFH一总时序0总时序08FFH一总时序1总时序19测试测试测试测试10发送缓冲器标识符位域10-3标识符位域10-3FFH一11标识符位域2-0 RTR 和DLC位域标识符位域2-0R

16、TR 和DLC位域FFH一1219数据字节1-数据字节8数据字节1-数据字节8FFHFFH一20接受缓冲器标识符位域10-3标识符位域10-3标识符位域10-3标识符位域10-321标识符位域2-0RTR和DLC位域标识符位域2-0RTR 和DLC位域标识符位域2-0RTR 和 DLC位域标识符位域2-0RTR 和 DLC 位域22-29数据字节1数据字节8数据字节1数据字节8数据字节1 数据字节8数据字节1 数据字节830FFH一FFH一31时钟分频器时钟分频器时钟分频器时钟分频器时钟分频器1控制寄存器（CR）:如表3.4所示。表3.4控制寄存器位符号名称值功能CR.7CR.6CR.5CR.

17、4OIE超载中断使能1使能：如果数据超载位置位，微控制器接收一个超载 中断信号0禁止：微控制器不从 SJA1000接收超载中断信号CR.3EIE错误中断使能1使能：如果出错或总线状态改变，微控制器接收一个 错误中断信号0禁止：微控制器不从 SJA1000接收错误中断信号CR.2TIE发送中断使能1使能：当报文被成功或发送缓冲器可再次被访问时，SJA1000向微控制器发出一次发送中断信号0禁止：SJA1000不向微控制器发送中断信号CR.1RIE接收中断使能1使能：报文被无错误接收时，SJA1000向微控制器发出一次中断信号0禁止：SJA1000不向微控制器发送接收中断信号CR.0RR复位请求1

18、常态：SJA1000检测到复位请求后，忽略当前发送 / 接收G报文，进入复位模式0非常态：复位请求位接收到一个下降沿后，SJA1000回到工作模式2命令寄存器（CMR）:如表3.5所示。表3.5命令寄存器位符号名称值功能CMR.7CMR.6CMR.5CMR.4CTS睡眠1睡眠：如果没有CAN中断等待和总线活动，SJA1000 进入睡眠模式0唤醒：SJA1000正常工作模式CMR.3CDO清除超载状态1清除：清除数据超载状态位0无作用CMR.2RRB释放接收缓冲 器1释放：接收缓冲器中存放报文G内存空间将被释放0无作用CMR.1AT夭折发送1常态：如果不是在处理过程中，等待处理G发送请 求将忽略

19、0非常态：无作用CMR.0TR发送请求1常态：报文被发送0非常态：无作用3状态寄存器（SR）:如表3.6所示。表3.6 状态寄存器位符号名称值功能SR.7BS总线状态1总线关闭：SJA1000退出总线活动0总线开启：SJA1000进入总线活动SR.6ES出错状态1出错：至少出现一个错误计数器满或超过CPU报警机制0正常：两个错误计数器都在报警限制以下SR.5TS发送状态1发送SJA1000正在发送报文0空闲没有要发送G报文SR.4RS接收状态1接收SJA1000正在接收0空闲没后要接收G报文SR.3TCS发送完毕状态1完成最次发送请求被成功处理0未完成：当前发送请求未处理完毕SR.2TBS发送

20、缓冲器状 态1释放：CPU可以向发送缓冲器写报文0锁定：CPU不能访问发送缓冲器，有报文正在等待发 送或正在发送SR.1DOS数据超载状态1超载：报文丢失，因为 RXFIFO中没有足够G空间来 存储它0未超载：自从最舟-次清除数据超载命令执行，无数 据超载发生SR.0RBS接收缓冲状态1满：RXFIFO中有可用报文0空：无可用报文4中断寄存器（IR）:如表3.7所示。表3.7中断寄存器位符号名称值功能IR.7IR.6IR.5IR.4WUI唤醒中断1置位：退出睡眠模式时此位被置位0复位：微控制器G任何读访问将清除此位IR.3DOI数据超载中断1置位：当数据超载中断使能位被置为1时，数据超载状态位

21、由低到高G跳变，将其置位。0复位：微控制器G任何读访问将清除此位IR.2EI错误中断1置位：错误中断使能时，错误状态位或总线状态位G 变化会置位此位0复位：微控制器G任何读访问将清除此位IR.1TI发送中断1置位：发送缓冲器状态由低到高G跳变（释放）和发 送中断使能时，置位此位0复位：微控制器G任何读访问将清除此位IR.0RI接收中断1置位：当接收FIFO不空和接收中断使能时置位此位0复位：微控制器G任何读访问将清除此位5验收代码寄存器（ACR）:如表3.8所示。表3.8验收代码寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0AC.7AC.6AC.5AC.4AC.3AC.

22、2AC.1AC.0复位请求位被置高（当前）时，该寄存器可以访问。 如果一条报文通过了接收滤波器G测试而且接收缓冲器有空间，描述符和数据将被分别顺次写入RXFIFO,当报文被正确G接收完毕，则有：接收状态位置高（满）；接收中断使能位置高（使能），接收中断置高（产生 中断）。验收代码(AC.7AC.0 )和报文标识符G高 8位(ID.10ID.3 )必须相等，或验收屏蔽 位(AM.7AM.0 ) G所有位为1。即如果满足以下方程G描述，则予以接收。(ID.10ID.3)三(AC.7AC.0 ) V (AM.7AM.0 )三 111111116验收屏蔽寄存器(AMR ):如表3.9所示。表3.9验收

23、屏蔽寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0AM.7AM.6AM.5AM.4AM.3AM.2AM.1AM.0复位请求位被置高(当前)时，该寄存器可以访问。 验收屏蔽寄存器定义验收代码寄存器G哪些位对接收过滤器是“相关或“无关(即可为任意值)当AM.i=0时，是“相关当 AM.i=1 时，是“无关(i=07)口发送缓冲区：如表3.10所示。表3.10 验收屏蔽寄存器区CAN地址名称位76543210描 述 符10标识符字节1ID.10ID.9ID.8ID.7ID.6ID.5ID.4ID.311标识符字节2ID.2ID.1ID.0RTRDLC.3DLC.2DLC.1D

24、LC.0数 据12TX数据1发送数据字节113TX数据2发送数据字节214TX数据3发送数据字节315TX数据4发送数据字节416TX数据5发送数据字节517TX数据6发送数据字节618TX数据7发送数据字节719TX数据8发送数据字节8标识符(ID)： 11位，就像报文G名字，值越低，优先级越高。远程发送请求(RTR):当RTR=1 ,总线以远程帧发送数据。如果 RTR没有被置位，数据将以数据长度码规定G长度来传送数据帧。数据长度码(DLC):数据字节数 =8XDLC.3+4 X DLC.2+2 XDLC.1+DLC.0报文数据区G字节数根据数据长度码编制。在远程帧传送中，因为 RTR被置位

25、，数据 长度码是不被考虑这就迫使发送/接收数据字节数为 0。然而，数据 长度码必须正确设置，以避免两个CAN控制器用同样G识别机制启动远程帧传送而发生总线错误。数据字节数是0-8。数据区：传送G数据字节数由数据长度码决定。发送G第一位是地址12单元G数据字节1G最高位。BasicCAN和PeliCAN公用寄存器1总线时序寄存器0(BTR0):如表3.11所示。表3.11 总线时序寄卡器0BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0SJW.1SJW.0BRP.5BRP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0波特率预置器位域位域BRP使彳导CAN系统G时钟G周

26、期时 tscL是可编程tscL =2tcLK (32 BRP.5 16 BRP.4 8 BRP.3 4 BRP.2 2 BRP.1 BRP.0 1)tCLK =XTAL =" f xtal同步跳转宽度位域为了补偿在不同总线控制器G时钟振荡器之间G相位漂移，任何总线控制器必须在当前传送G任一相关信号边沿重新同步。同步跳转宽度t SJW定义了一个位周期可以被一次重新同步缩短或延长G时钟周期G最大数目。tSJW =tSCL (2 SJW.1 SJW.0 1)2总线时序寄存器1(BTR1):如表3.12、13所示。总线时序寄存器 1定义了一个位周期G长度、采样点G位置和在每个采样点G采样数目

27、。在复位模式中，这个寄存器可以被读/写访问。在PeliCAN模式G操作模式中，该寄存器是只读在BasicCAN模式G操作模式中总是“FFHT表3.12总线时序寄存器1BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0SAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TSEG1.3TSEG1.2TSEG1.1TSEG1.0采样位(SAM表3.13 采样位位值功能SAM13次：总线采样3次，建议在低/中速总线上使用，这对过 滤总线上G毛刺是有效G0单次：总线米样1次，建议使用在高速总线上时间段1和时间段2位域tSYNCSEG =1 tSCLtTSEG1 =tSCL (8 TSEG1.3

28、 4 TSEG1.2 2 TSEG1.1 TSEG1.0 1)tTSEG2 =tSCL (4 TSEG2.2 2 TSEG2.1 TSEG2.0 1)3输出控制寄存器(OCR:如表3.14-16所示。允许软件控制建立不同输出驱动G配置。在复位模式中，这个寄存器可以被读/写访问。在PeliCAN模式G操作模式中，该寄存器是只读在 BasicCAN模式G操作模式中总是"FFrfo表3.14输出控制寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0OCTP1OCTN1OCPOL1OCTP0OCTN0OCPOL0OCMODE1OCMODE0在SJA1000在睡眠模式中，T

29、XR TX1根据输出控制寄存器G内容输出隐性G电平。在复位 状态(复位请求=1)或外部复位引脚/RST被拉低时，TXR TX1悬空。表3.15输出控制寄存器OCMODE1OCMODE0说明00双相输出模式：与正常输出模式相反01测试输出模式：在下一次系统时钟G上升沿RX上G电平反映到TXX上，系统时钟(fosc/2 )与输出控制寄存器中G编 程定义G极性相对应。10正常输出模式：通过TX0、TX1送出，取决于 OCTR OCTHOCPOL程。11时钟输出模式：TX0同正常输出模式，TX1由发送时钟TXCLK取代表3.16输出引脚配置驱动TXDOCTPOCTNOCPOLTPxTNXTXX悬空X0

30、0X关关悬空上拉0010关开低1010关关悬空0011关关悬空1011关开低下拉0100关关悬空1100开关高0101开关高1101关关悬空下拉推挽0110关开低1110开关高0111开关高1111关开低4时钟分频寄存器：如 表3.17-18所示。表3.17时钟分频寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0CAN模式CBPRXINTEN0保留CLOCKOFFCD.2CD.1CD.0=0 , 工作BasicCAN=1, 工作PeliCAN=1 ,只有 RX0 起作用，RX1 应接到确定电 平。例如Vss允许TX1输出 用来做专用接 收中断输出时钟关 闭位1 功效表3.

31、18 CLKOUT频率选择CD.2CD.1CD.0时钟频率000fosc/2001fosc/4010fosc/6011fosc/8100fosc/10101fosc/12110fosc/14111fosc3) BASICCAN程序设计：CAN应用节点G程序主要包括初始化、发送、接收子程序。CAN初始化子程序NODE EQU 30H;节点号缓冲区NBTR0 EQU 31H;总线定时寄存器 0缓冲区NBTR1 EQU 32H ;总线定时寄存器 1缓冲区TXBF EQU 40H ; RAM 内发送缓冲区RXBF EQU 50H ; RAM 内接收缓冲区CR EQU 0BF00H ;控制寄存器CMR

32、EQU 0BF01H ;命令寄存器SR EQU 0BF02H ;状态寄存器IR EQU 0BF03H ;中断寄存器ACR EQU 0BF04H ;接收码寄存器AMR EQU 0BF05H ;接收码屏蔽寄存器BTR0 EQU 0BF06H ;总线定时寄存器 0BTR1 EQU 0BF07H ;总线定时寄存器 1OCR EQU 0BF08H ;输出控制寄存器CDR EQU 0BF1FH ;时钟分频寄存器RXB EQU 0BF14H ;接收缓冲器TXB EQU 0BF0AH ;发送缓冲器入口：节点号在 NODE ,波特率在 NBTR0、NBTR1出口：无CANINI:MOV DPTR,#CR;写控制寄存器MOV A,#01H ;置复位请求为高MOVX DPTR,ACANI1:MOVX A,DPTR ;判断复位请求有效JNB ACC.0,CANI1MOV DPTR,#ACR;写验收码寄存器MOV A,NODE ;设置节点号MOVX DPTR,AMOV DPTR,#AMR ;写接收码屏蔽寄存器MOV A,#00HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#BTR0 ;写总线定时寄存器 0MOV A,NBTR0 ;设置波特率MOVX DPTR,AMOV DPTR,#BTR1 ;写总线定时寄存器 1MOV A,NBTR