《工业通信与网络技术》第5章 CAN总线-李中伟

1、哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 工业工业通信与通信与网络网络技术技术主讲教师：李中伟主讲教师：李中伟 佟为明佟为明联系电话：联系电话E-mail：课程邮箱：课程邮箱：，密码：，密码：fieldbus2015第第5章章 CAN总线总线1 概述概述2 CAN 节点的分层结构节点的分层结构3 CAN物理层物理层4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型5 错误类型和界定错误类型和界定6 其他问题其他问题7. 独立独立CAN控制器控制器SJA10008 CAN控制器接口控制器接口PCA82C2509 CAN总线在电能质量监测系统中的应用总线在电能质量监

2、测系统中的应用 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述 uCAN（Controller Area Network，控制器局域，控制器局域网）是网）是20世纪世纪80年代（年代（1983）德国）德国Bosch（博世）（博世）公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。换问题而开发的一种串行数据通信总线。 uCAN已成为国际标准已成为国际标准ISO11898和和ISO11519。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 第第5章章 CAN总线总线哈工大网络与电气智能化研究所哈工大

3、网络与电气智能化研究所 1 概述概述CAN的发展历程：的发展历程：哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 u以以CiA推出的推出的CAN Specification 2.0为底层为底层的高层协议有：的高层协议有：CAN KingdomDeviceNetCANopenSAE J1939SDS1 概述概述哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述 uCAN在汽车电子系统中得到了广泛应用，已成为世界汽车在汽车电子系统中得到了广泛应用，已成为世界汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋

4、势。展趋势。u 世界上一些著名的汽车制造厂商都已采用世界上一些著名的汽车制造厂商都已采用CAN总线来实总线来实现汽车内部控制系统与各检测及执行机构间的数据通信。如现汽车内部控制系统与各检测及执行机构间的数据通信。如BENZ（奔驰）、（奔驰）、BMW（宝马）、（宝马）、PORSCHE（保时捷）、（保时捷）、ROLIS-ROYCE（劳斯莱斯）、（劳斯莱斯）、JAGUAR（美洲豹）和（美洲豹）和MAZDA（马自达）等都。（马自达）等都。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述uCAN与其他现场总线相比，具有突出的可靠与其他现场总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，

5、其技术特点如下：性、实时性和灵活性，其技术特点如下： (1)CAN从本质上讲是一种从本质上讲是一种多主多主或或对等对等网络，网络，网络上任一节点均可主动发送网络上任一节点均可主动发送报文报文 。 (2)废除了传统的站地址编码，而代之以对通废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点对点、多点播送（传送）、广播等几种数据对点、多点播送（传送）、广播等几种数据传送方式。传送方式。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述(3)采用采用短帧短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。结构，传输时间短，受干扰概率

6、低。(4)具有多种检错措施及相应的处理功能，检错效具有多种检错措施及相应的处理功能，检错效果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。位错误和位填充错误检测、位错误和位填充错误检测、CRC校验、报文格式校验、报文格式检查和应答错误检测及相应的错误处理。检查和应答错误检测及相应的错误处理。 (5)通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。纤，选择灵活。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述(6)总线长度可达总线长度可达10km（速率为（速率为5kbps及其及其以下）；

7、网络速度可达以下）；网络速度可达1Mbps（总线长度为（总线长度为40m及其以下）。及其以下）。(7)网络上的节点数主要取决于总线驱动电网络上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达路，目前可达110个个；标准格式的报文标识符；标准格式的报文标识符可达可达2032个，而扩展格式的报文标识符的个个，而扩展格式的报文标识符的个数几乎不受限制。数几乎不受限制。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述(8)通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别的于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别

8、的优先级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发优先级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发送。送。 (9)采用采用非破坏性逐位仲裁机制非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲来解决总线访问冲突。通过采用这种机制，即使在网络负载很重时，突。通过采用这种机制，即使在网络负载很重时，也不会出现网络瘫痪现象。也不会出现网络瘫痪现象。(10)发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能，发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的通信能够继续进行。以使总线上其他节点的通信能够继续进行。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 1 概述概述uCAN最初虽然是为汽车的监测、控制最

9、初虽然是为汽车的监测、控制系统而设计的，但由于它在性能、可靠系统而设计的，但由于它在性能、可靠性等方面的突出优势，现已广泛应用于性等方面的突出优势，现已广泛应用于航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业。如在自动化仪表、智能传仓储等行业。如在自动化仪表、智能传感器、数控机床、医疗器械、机器人、感器、数控机床、医疗器械、机器人、楼宇自动化装置、火车、轮船等元件、楼宇自动化装置、火车、轮船等元件、设备、设施中，设备、设施中，CAN总线都得到了良好总线都得到了良好的应用。的应用。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 2 CAN 节点的分

10、层结构节点的分层结构哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3 CAN物理层物理层u3.1 CAN总线典型电平总线典型电平哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 显性显性电平（电平（Dominant）：逻辑）：逻辑“0”隐性隐性电平（电平（Recessive）：逻辑）：逻辑“1”ISO 11898中规定：中规定：在隐性状态下：在隐性状态下：VCAN-H=VCAN-L=2.5V，Vdiff=0V在显性状态下：在显性状态下：VCAN-H=3.5V，VCAN-L=1.5V，Vdiff=2V3.1 总线典型电平总线典型电平哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气

11、智能化研究所 3.1 总线典型电平总线典型电平哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.1 总线典型电平总线典型电平哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.1 总线典型电平总线典型电平哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.2 CAN接插件管脚分配接插件管脚分配哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.3 CAN总线终端电阻总线终端电阻u120 10%，ISO 11898哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.4 CAN总线使用的编码总线使用的编码uNRZ编码（非归零编码），采用位填充规则

12、编编码（非归零编码），采用位填充规则编码（无论何时，当发送器在将被发送的位流中检码（无论何时，当发送器在将被发送的位流中检测到数值相同的测到数值相同的5个连续位时，会自动地在实际个连续位时，会自动地在实际的发送位流中插入一个补码位）。的发送位流中插入一个补码位）。3.5 CAN总线的位速率总线的位速率u5k1M（bps）3.6 CAN总线长度总线长度u40m10km哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 uCAN总线位速率与总线长度的关系：总线位速率与总线长度的关系：哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 主要影响因素：主要影响

13、因素：u（1）CAN总线要求发送器在发送每一总线要求发送器在发送每一位的同时，都要监视总线电平，用以确定位的同时，都要监视总线电平，用以确定是否发送器竞争发送权失败，是否总线发是否发送器竞争发送权失败，是否总线发生了位错误，是否获得了应答；生了位错误，是否获得了应答；u（2）为实现（）为实现（1）中的目的，要考虑传）中的目的，要考虑传播延时的影响。铜导线中，电信号的传播播延时的影响。铜导线中，电信号的传播速度是光速的速度是光速的2/3；u（3）还要考虑发送器延时、接收器延时，）还要考虑发送器延时、接收器延时，以及可靠采样的要求。以及可靠采样的要求。哈工大网络与电气智能化研究所 3.7 CAN总

14、线的位定时总线的位定时哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 同步段同步段用于使总线上的各个节点同用于使总线上的各个节点同步。期望有一个跳变沿位于此段内。步。期望有一个跳变沿位于此段内。传播段传播段用于补偿网络内的物理延时。用于补偿网络内的物理延时。它是信号在总线上传播时间的两倍与输入它是信号在总线上传播时间的两倍与输入比较器延时和输出驱动器延时之和。比较器延时和输出驱动器延时之和。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.7 CAN总线的位定时总线的位定时相位缓冲段相位缓冲段1和相位缓冲段和相位缓冲段2用于补偿沿用于补偿沿的相位误差，使总线上的各个节点

15、同步。通过的相位误差，使总线上的各个节点同步。通过重同步，这重同步，这2个时间段可被延长或缩短。个时间段可被延长或缩短。采样点采样点是这样一个时刻，在此时刻上，是这样一个时刻，在此时刻上，总线电平被读，并被理解为其自身位的数值。总线电平被读，并被理解为其自身位的数值。它位于相位缓冲段它位于相位缓冲段1的终点。的终点。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.7 CAN总线的位定时总线的位定时信息处理时间信息处理时间是由采样点开始、为计算是由采样点开始、为计算后续位电平而保留的时间段。后续位电平而保留的时间段。时间份额时间份额是由振荡器周期派生出的一个是由振荡器周期派生出的

16、一个固定时间单元。固定时间单元。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.7 CAN总线的位定时总线的位定时u同步段：同步段：1个时间份额；个时间份额；u传播段：传播段：18个时间份额；个时间份额；u相位缓冲段相位缓冲段1：18个时间份额；个时间份额；u相位缓冲段相位缓冲段2：相位缓冲段：相位缓冲段1和信息处理和信息处理时间的最大值；时间的最大值；u信息处理时间：信息处理时间：2个时间份额；个时间份额；u时间份额总数：时间份额总数：825。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 3.7 CAN总线的位定时总线的位定时u由于各个由于各个CAN节点所使用的振荡

17、器频率不节点所使用的振荡器频率不可能都是精确的理想值，一般都与其存在着可能都是精确的理想值，一般都与其存在着一定的误差，使得发送器与接收器各自对位一定的误差，使得发送器与接收器各自对位时间的理解实际上存在差异。又由于时间的理解实际上存在差异。又由于CAN总总线使用了线使用了NRZ编码，若没有一定的位定时机编码，若没有一定的位定时机制，随着累积误差的增大，终归会使接收器制，随着累积误差的增大，终归会使接收器错误地采样到总线上的其它位上。错误地采样到总线上的其它位上。u硬同步与重同步就是用于准确位定时的保硬同步与重同步就是用于准确位定时的保障机制。障机制。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电

18、气智能化研究所 3.8 CAN总线的位同步总线的位同步u硬同步：只发生在帧起始的位置。硬同步后，硬同步：只发生在帧起始的位置。硬同步后，内部位时间从同步段重新开始。因而，硬同步内部位时间从同步段重新开始。因而，硬同步强迫引起硬同步的沿处于重新开始的位时间同强迫引起硬同步的沿处于重新开始的位时间同步段之内。步段之内。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 u重同步：发生在帧内。通过在每个时间段采重同步：发生在帧内。通过在每个时间段采样总线，并与前一个采样点处的总线电平做比样总线，并与前一个采样点处的总线电平做比较，可以检测到跳变沿。如果跳变沿发生在同较，可以检测到跳变沿。如果跳

19、变沿发生在同步段内，则认为接收节点与发送节点是同步的；步段内，则认为接收节点与发送节点是同步的；否则说明二者不同步，需要进行重同步。否则说明二者不同步，需要进行重同步。u重同步的目的是通过延长相位缓冲段重同步的目的是通过延长相位缓冲段1或缩或缩减相位缓冲段减相位缓冲段2来控制跳变沿和采样点之间的来控制跳变沿和采样点之间的距离，以补偿振荡器误差。距离，以补偿振荡器误差。CAN2.0规范规定：规范规定：只有隐性电平到显性电平的跳变沿才用于重同只有隐性电平到显性电平的跳变沿才用于重同步。步。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 u沿相位误差沿相位误差e：由沿相对于当前同步段的位：

20、由沿相对于当前同步段的位置给定，计为时间份额的整数倍。如果沿出现置给定，计为时间份额的整数倍。如果沿出现在当前同步段之前，在当前同步段之前，e被计为负，如果沿出现被计为负，如果沿出现在当前同步段之后，在当前同步段之后，e被计为正。被计为正。u重同步跳转宽度（重同步跳转宽度（SJW）用于设定相位缓）用于设定相位缓冲段延长或缩短的上限，应被编程为冲段延长或缩短的上限，应被编程为14个时个时间份额，并且不能长于任何一个相位缓冲段长间份额，并且不能长于任何一个相位缓冲段长度。度。哈工大网络与电气智能化研究所 重同步规则：重同步规则：u当当e0时，相位缓冲段时，相位缓冲段1要延长。如果要延长。如果eSJ

21、W，相位缓冲段，相位缓冲段1要延长要延长e，否则延长，否则延长SJW；u当当e0时，相位缓冲段时，相位缓冲段2要缩减。如果要缩减。如果eSJW，相位缓冲段，相位缓冲段1要缩减要缩减e，否则缩减，否则缩减SJW；u当当eSJW，重同步不能充分补，重同步不能充分补偿偿e，误差（，误差（e-SJW）仍然存在。）仍然存在。哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 (a)节点内部时间序列(以时间份额 tq 为周期)SYPRPS1PS2SYPRPS1PS2采样点采样点第1位位时间第2位位时间(b)节点内部位时间01第1位(帧起始)第2位t1t2(c)总线位流位时间同步规则同步规则 (Sy

22、nchronization Rules)：在一个位时间内仅允许一种同步。在一个位时间内仅允许一种同步。只要在先前采样点上检测到的数值与一个沿过只要在先前采样点上检测到的数值与一个沿过后立即得到的总线数值不同，则该沿将被用于同后立即得到的总线数值不同，则该沿将被用于同步。步。在总线空闲期间，无论何时当存在一个在总线空闲期间，无论何时当存在一个“隐性隐性”至至“显性显性”的跳变沿，则执行一次硬同步。的跳变沿，则执行一次硬同步。所有履行规则和的其它所有履行规则和的其它“隐性隐性”至至“显性显性”的跳变沿都将被用于重同步。的跳变沿都将被用于重同步。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研

23、究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型u接收器接收器/发送器发送器发出一个报文的单元称为该报文的发送器。发出一个报文的单元称为该报文的发送器。若一个单元不是某个报文的发送器，并且若一个单元不是某个报文的发送器，并且总线不处于空闲状态，则称该单元为该报总线不处于空闲状态，则称该单元为该报文的接收器。文的接收器。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型u报文的有效性报文的有效性对于发送器而言，如果直到对于发送器而言，如果直到“帧结束帧结束”终结一终结一直未出错，则报文有效。直未出错，则报文有效。对于接收器而言，如果直到最后（除对于

24、接收器而言，如果直到最后（除“帧结束帧结束”的那一位）一直未出错，则报文有效。的那一位）一直未出错，则报文有效。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型u位流编码位流编码 构成一帧的构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列序列均借助位均借助位填充规则进行编码。无论何时，当发送器在将被发送的位流中检测填充规则进行编码。无论何时，当发送器在将被发送的位流中检测到数值相同的到数值相同的5个连续位时，会自动地在实际的发送位流中插入一个个连续位时，会自动地在实际的发送位流中插入一个补码位。数据帧或远程

25、帧的其余位场（补码位。数据帧或远程帧的其余位场（CRC界定符，应答场和帧结界定符，应答场和帧结束）具有固定格式，不进行填充。错误帧和超载帧同样具有固定格束）具有固定格式，不进行填充。错误帧和超载帧同样具有固定格式，并且不用位填充规则编码。式，并且不用位填充规则编码。 报文中的位流按照非归零码规则编码，在一个完整的位时间内，产报文中的位流按照非归零码规则编码，在一个完整的位时间内，产生的位电平要么是生的位电平要么是“显性显性”，要么是，要么是“隐性隐性”。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型u帧类型帧类型数据帧数据帧携带数据由发送器

26、至接收器；携带数据由发送器至接收器；远程帧远程帧通过总线单元发送，以请求发送具通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；有相同标识符的数据帧；错误帧错误帧由检测到总线错误的任何单元发送；由检测到总线错误的任何单元发送；超载帧超载帧用于提供当前的和后续的数据帧或用于提供当前的和后续的数据帧或远程帧之间的附加延迟。远程帧之间的附加延迟。 哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型u数据帧由数据帧由7个不同的位场个不同的位场(Bit Frame)组成：组成：帧起始帧起始(Start of Frame) 仲裁场仲裁场(Arbitration Field) 控制场控

27、制场(Control Field) 数据场数据场(Data Field)CRC场场(CRC Field) 应答场应答场(ACK Field)帧结束帧结束(End of Field) 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型帧起始帧起始 (SOFStart Of Frame) 标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个“显性显性”位构成。位构成。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文

28、传送及其帧类型报文传送及其帧类型仲裁场仲裁场 由标识符和远程发送请求（由标识符和远程发送请求（RTR）位组成。）位组成。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 帧间空间 控制场 帧起始 仲裁场 标识符 RTR位 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型标识符标识符(Identifier)的长度为的长度为11位。这些位以位。这些位以ID-10至至ID-0的顺序发送，最低位为的顺序发送，最低位为ID-0，其中，其中最高最高7位（位（ID-10 ID-4）必须不是全）必须不是全“隐性隐性”。RTR位（位（Remote Transmission Request Bit）在数据帧中，

29、必须是在数据帧中，必须是“显性显性”的，而在远程帧的，而在远程帧中，中，RTR位必须是位必须是“隐性隐性”的。的。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型控制场控制场 由由6位组成，包括两个用于将来扩展的保留位位组成，包括两个用于将来扩展的保留位和和4位数据长度码。位数据长度码。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 表表 数据长度码中数据字节数目编码数据长度码中数据字节数目编码 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类

30、型数据场数据场 由数据帧中被发送的数据组成，它可包括由数据帧中被发送的数据组成，它可包括0至至8个字节，每个字节包括个字节，每个字节包括8位，其中首先发位，其中首先发送最高有效位。送最高有效位。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型CRC场场 包括包括CRC序列、序列、CRC界定符。界定符。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型CRC场场 参加参加CRC校验的位场包括校验的位场包括帧起始、仲裁场、控制场、帧起始、仲裁场、控制场、数据场数据场（假若存在）在内的无填充位流。（

31、假若存在）在内的无填充位流。 CRC序列后随序列后随CRC界定符，它只包括一个界定符，它只包括一个“隐性隐性”位。位。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型应答场应答场 为两位长度，包括应答间隙和应答界定符。为两位长度，包括应答间隙和应答界定符。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型应答场应答场u在应答场中发送站送出两个在应答场中发送站送出两个“隐性隐性”位。一个正确地位。一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙期间，通过传送接收到有效报文的接收器，在应答间隙期间，通

32、过传送一个一个“显性显性”位将此信息报告给发送器（接收器发送位将此信息报告给发送器（接收器发送“应答应答”）。所有接收到匹配）。所有接收到匹配CRC序列的站，在应答序列的站，在应答间隙期间通过把间隙期间通过把“显性显性”位写入发送器的位写入发送器的“隐性隐性”位来位来报告此信息。报告此信息。u应答界定符是应答场的第二位，并且必须是应答界定符是应答场的第二位，并且必须是“隐性隐性”位。因此，应答间隙被两个位。因此，应答间隙被两个“隐性隐性”位（位（CRC界定符界定符和应答界定符）包围。和应答界定符）包围。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其

33、帧类型帧结束帧结束 每个数据帧和远程帧均是由每个数据帧和远程帧均是由7个个“隐性隐性”位位组成的标志序列界定的。组成的标志序列界定的。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型 远程帧由远程帧由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。场、应答场和帧结束。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 错误帧由两个不同场组成：来自各站的错误错误帧由两个不同场组成：来自各站的错误标志标志(Error Flage)；错误界定符；错误界定符(Error Delim

34、iter)。 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型错误标志具有两种形式：错误标志具有两种形式： 激活错误标志激活错误标志(Active Error Flag)：由：由6个个连续的连续的“显性显性”位组成；位组成； 认可错误标志（认可错误标志（Passive Error Flag）：由）：由6个连续的个连续的“隐性隐性”位组成，除非它被来自其位组成，除非它被来自其它节点的它节点的“显性显性”位改写。位改写。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及

35、其帧类型一个检测到错误状态的一个检测到错误状态的“错误激活错误激活”站通过站通过发送一个激活错误标志来标注该错误。这一发送一个激活错误标志来标注该错误。这一错误标志形式违背适用于由帧起始至错误标志形式违背适用于由帧起始至CRC界界定符的所有场的位填充规则，或者破坏了应定符的所有场的位填充规则，或者破坏了应答场或帧结束场的固定形式。因而，所有其答场或帧结束场的固定形式。因而，所有其它站将检测到错误状态，并且由它们的部件它站将检测到错误状态，并且由它们的部件开始发送错误标志。开始发送错误标志。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型这样，

36、在总线上实际被监视到的这样，在总线上实际被监视到的“显性显性”位序列位序列是由各个单独站发送的不同错误标志叠加而形成的。是由各个单独站发送的不同错误标志叠加而形成的。该序列的总长度在最小值该序列的总长度在最小值6位和最大值位和最大值12位之间变化。位之间变化。一个检测到错误状态的一个检测到错误状态的“错误认可错误认可”站通过发送站通过发送一个认可错误标志来试图标注该错误。该一个认可错误标志来试图标注该错误。该“错误认错误认可可”站以认可错误标志的开始为起点等待站以认可错误标志的开始为起点等待6个相同极个相同极性的连续位。当检测到性的连续位。当检测到6个相同位后，认可错误标志个相同位后，认可错误

37、标志即告完成。即告完成。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型错误界定符包括错误界定符包括8个个“隐性隐性”位。错误标志位。错误标志发送后，每个站都送出发送后，每个站都送出“隐性隐性”位并监视总位并监视总线，直至检测到一个线，直至检测到一个“隐性隐性”位。此后，开位。此后，开始发送剩余的始发送剩余的7个个“隐性隐性”位。位。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符。存在两种导致超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符。存在两种导致发送超载

38、标志的超载条件：一个是接收器的内部条件，接收器要发送超载标志的超载条件：一个是接收器的内部条件，接收器要求下一个数据帧或远程帧的延迟；另一个是在间歇场（帧间空间）求下一个数据帧或远程帧的延迟；另一个是在间歇场（帧间空间）检测到检测到“显性显性”位。位。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型由前一个超载条件引起的超载帧起点，仅允许由前一个超载条件引起的超载帧起点，仅允许在期望间歇场（帧间空间）的第一位时间开始，在期望间歇场（帧间空间）的第一位时间开始，而由后一个超载条件引起的超载帧在检测到而由后一个超载条件引起的超载帧在检测到“显显性

39、性”位后开始发送第一位。最多可产生位后开始发送第一位。最多可产生2个超载个超载帧用于延迟下一个数据帧或远程帧。帧用于延迟下一个数据帧或远程帧。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型超载标志超载标志(Overload Flage)由由6个个“显性显性”位组位组成。全部形式对应于激活错误标志形式。超载成。全部形式对应于激活错误标志形式。超载标志形式破坏了间歇场的固定形式。因而，所标志形式破坏了间歇场的固定形式。因而，所有其它站都将检测到一个超载条件，并且由它有其它站都将检测到一个超载条件，并且由它们的部件开始发送超载标志。们的部件开始发

40、送超载标志。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型超载界定符超载界定符(Overload Delimiter)由由8个个“隐性隐性”位组成。超载界定符与错误界定符具有相同的位组成。超载界定符与错误界定符具有相同的形式。发送超载标志后，站监视总线直至检测形式。发送超载标志后，站监视总线直至检测到由到由“显性显性”到到“隐性隐性”位的发送。在此时刻，位的发送。在此时刻，总线上的每个站均完成送出其超载标志，并且总线上的每个站均完成送出其超载标志，并且所有站一致地开始发送剩余的所有站一致地开始发送剩余的7个个“隐性隐性”位。位。哈工大网络与

41、电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型数据帧和远程帧与其前面的帧（数据帧、远数据帧和远程帧与其前面的帧（数据帧、远程帧、错误帧或超载帧）均以称为帧间空间的程帧、错误帧或超载帧）均以称为帧间空间的位场分隔开。位场分隔开。在超载帧和错误帧前面没有帧间空间，并且在超载帧和错误帧前面没有帧间空间，并且多个超载帧也不被帧间空间分隔。多个超载帧也不被帧间空间分隔。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于已帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于已经发送先前报文的经发送

42、先前报文的“错误认可错误认可”站还有暂停发站还有暂停发送场送场(Suspend Transmission) 。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型间歇场间歇场(Intermission Field)由由3个个“隐性隐性”位组成。位组成。间歇场期间，不允许任何站启动发送数据帧或远程间歇场期间，不允许任何站启动发送数据帧或远程帧。唯一的作用是标注超载条件。帧。唯一的作用是标注超载条件。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型总线空闲场总线空闲场(Bus Idle Field)持续

43、时间可为任意持续时间可为任意长度。此时，总线是开放的，因而任何需要发长度。此时，总线是开放的，因而任何需要发送的站均可访问总线。送的站均可访问总线。在其它报文发送期间，待发送的报文，在间在其它报文发送期间，待发送的报文，在间歇场后的第一位开始发送。检测到总线上的一歇场后的第一位开始发送。检测到总线上的一个个“显性显性”位将被理解为帧起始。位将被理解为帧起始。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型暂停发送场暂停发送场(Suspend Transmission Field)： “错误认可错误认可”站发完一个报文后，在开始下站发完一个报文

44、后，在开始下一次报文发送或认可总线空闲之前，它紧随间一次报文发送或认可总线空闲之前，它紧随间歇场后送出歇场后送出8个个“隐性隐性”位。如果在此期间其它位。如果在此期间其它站开始一次发送，该站将变为报文接收器。站开始一次发送，该站将变为报文接收器。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 4 报文传送及其帧类型报文传送及其帧类型哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 5 错误类型和界定错误类型和界定u错误类型：错误类型：位错误位错误填充错误填充错误CRC错误错误形式错误形式错误应答错误应答错误哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 5 错误类

45、型和界定错误类型和界定位错误、填充错误、形式错误或应答错误由位错误、填充错误、形式错误或应答错误由检测出的站在下一位开始时发送错误标志。检测出的站在下一位开始时发送错误标志。CRC错误由检测出的站在应答界定符后面那错误由检测出的站在应答界定符后面那一位开始发送，除非用于其它错误状态的错误一位开始发送，除非用于其它错误状态的错误标志已经开始发送。标志已经开始发送。哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 5 错误类型和界定错误类型和界定在在CAN总线中，就故障界定而言，一个单元总线中，就故障界定而言，一个单元（节点）可能处于三种状态：（节点）可能处于三种状态：“错误激活错误激活”

46、(“Error Active”)“错误认可错误认可”(“Error Passive”)“总线脱离总线脱离”(“Bus off”)哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 5 错误类型和界定错误类型和界定总线单元中的两种计数：总线单元中的两种计数：发送错误计数发送错误计数接收错误计数接收错误计数哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 6 其他问题其他问题哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 6.1 非破坏性逐位仲裁的媒体访问控制机制非破坏性逐位仲裁的媒体访问控制机制6.2 MAC 机制

47、机制哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 6.3 数据帧与数据帧与 CAN中断速率中断速率标准格式数据帧的最小位数为标准格式数据帧的最小位数为44，最大位，最大位数为数为108。一般地，将帧起始、仲裁场和控制。一般地，将帧起始、仲裁场和控制场作为场作为CAN头部（头部（19位），位），CRC场、应答场场、应答场和帧结束作为和帧结束作为CAN尾部（尾部（25位）。位）。 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 6.3 数据帧与数据帧与 CAN中断速率中断速率哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电

48、气智能化研究所 6.3 数据帧与数据帧与 CAN中断速率中断速率哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 7. 独立独立CAN控制器控制器SJA1000 CAN控制器需具备控制器需具备/实现的功能及其对应的寄存器：实现的功能及其对应的寄存器：接收过滤接收过滤接收码寄存器（接收码寄存器（ACR）、接收屏蔽寄存器（）、接收屏蔽寄存器（AMR）初始化初始化确定确定CAN总线通信速率总线通信速率/位时间位时间总线定时寄存器总线定时寄存器0（BTR0）、总）、总线定时寄存器线定时寄存器1（BTR1）初始化初始化输出驱动器配置输出驱动器配置输出控制寄存器（输出控制寄存器（OCR）初始化初始

49、化BsicCAN（默认）、（默认）、PeliCAN模式的选择模式的选择时钟分频寄存器时钟分频寄存器（CDR）初始化初始化发送数据、接收数据发送数据、接收数据发送缓冲器（发送缓冲器（TXB） 、接收缓冲器、接收缓冲器（RXB）运行运行发送发送/接收数据过程当中的中断使能、状态指示以及命令设置接收数据过程当中的中断使能、状态指示以及命令设置控制、控制、状态和命令寄存器（状态和命令寄存器（CR、SR和和CMR）运行运行哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 7.1 接受码寄存器接受码寄存器 接受过滤器：在接受过滤器的帮助下，仅当被接收报文的接受过滤器：在接受过滤器的帮助下，仅当被接

50、收报文的标识符位与接受过滤寄存器中预定义的那些位相等时，标识符位与接受过滤寄存器中预定义的那些位相等时，CAN控控制器才能允许被接收报文进入制器才能允许被接收报文进入RXFIFO。接受过滤器通过接受。接受过滤器通过接受码寄存器和接受屏蔽寄存器来定义。码寄存器和接受屏蔽寄存器来定义。 （1）接受码寄存器（）接受码寄存器（ACR）BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0AC.7AC.6AC.5AC.4AC.3AC.2AC.1AC.0哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 7.2 接受屏蔽寄存器接受屏蔽寄存器 接受码位（接受码位（AC.7AC

51、.0）和报文标识符的）和报文标识符的8个最重要的位个最重要的位（ID.10ID.3）必须在被接受屏蔽位（）必须在被接受屏蔽位（AM.7AM.0）标定为相）标定为相关的那些位的位置上相等。关的那些位的位置上相等。 接受屏蔽寄存器限定，接受码与接受滤波的对应位的哪些接受屏蔽寄存器限定，接受码与接受滤波的对应位的哪些位是位是“相关的相关的”(AM.X=0)或或“不予关心的不予关心的 （AM.X=1）。）。 BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0AM.7AM.6AM.5AM.4AM.3AM.2AM.1AM.0 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化

52、研究所 思考题：思考题：CAN现场总线的发送器和接收器现场总线的发送器和接收器均使用均使用SJA1000，采用，采用CAN2.0A规范，发规范，发送器发送的送器发送的4个报文的个报文的ID分别为：分别为：（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。欲使接收器只接收报文（欲使接收器只接收报文（1）、（）、（3），应），应如何设置接收器如何设置接收器SJA1000的的ACR和和AMR？哈工大网络与电气智能化研究所 7.3 总线定时寄存器总线定时寄存器0总线定时寄存器总线定时寄存器0（BTR0） 总线定时寄存器总线定时寄存器

53、0的内容确定波特率预引比例因子的内容确定波特率预引比例因子（BRP）和同步跳转宽度（）和同步跳转宽度（SJW）的值。若复位模式有）的值。若复位模式有效，此寄存器是可以被访问（读效，此寄存器是可以被访问（读/写）的。写）的。BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0SJW.1SJW.0BRP.5BRP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 总线定时寄存器总线定时寄存器0（BTR0）（2）同步跳转宽度（）同步跳转宽度（SJW）：为补偿在不同总线）：为补偿在不同总线控制器的时钟振荡器之间的相移，任何总线控制控制器的时钟振荡器之间的相移，任何总线控制器必须重同步于当前发送的任何相关信号沿。同器必须重同步于当前发送的任何相关信号沿。同步跳转宽度确定一个位时间可以被一次重同步所步跳转宽度确定一个位时间可以被一次重同步所缩短或延长的时钟周期的最大数目：缩短或延长的时钟周期的最大数目： 哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所 7.3 总线定时寄存器总线定时寄存器0总线定时寄存器总线定时寄存器1（BTR1） 总线定时寄存器总线定时寄存器1的内容确定位时间的长度、采的内容确定位时间的长度、采样点的位置和在每个采样点欲获取的采