第四章CAN总线与通信技术

第四章CAN总线与通信技术第一页，共124页。CAN[ControllerAreaNetwork]是控制器局域网的简称第二页，共124页。CAN简介

CAN最初是由德国的BOSCH公司在1986年为汽车监测、控制系统而设计的，是为了解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线.现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用CAN总线上述问题便得到很好地解决。第三页，共124页。CAN-控制器局域网络在汽车上的应用车尾灯发动机控制门车前灯ABS仪表板CAN第四页，共124页。CAN总线在汽车上的应用第五页，共124页。CAN的发展历程：第六页，共124页。1993年CAN成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。CAN的规范从CAN1.2规范(标准格式)发展为兼容CAN1.2规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的CAN器件大多符合CAN2.0规范。

第七页，共124页。CAN简介

最初为汽车测控数据通信而设计的CAN，现已在多领域被广泛采用：航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机床、智能传感器、过程自动化仪表等第八页，共124页。CAN的主要技术特点CAN网络上的节点不分主从任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活CAN采用非破坏性的总线仲裁技术CAN网络上的节点具有不同的优先级，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。可满足对实时性的不同要求高优先级的数据可在134微秒内得到传输第九页，共124页。通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”

CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m）。CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为可达110个；报文标识符：CAN2.0A为2032种；CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制CAN为短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰概率低CAN的主要技术特点第十页，共124页。CAN节点具有良好的检错功能，出错率低节点中均有错误检测、标定和自检能力。具有发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式相当于未连接到总线驱动器可降低系统功耗其睡眠状态可借助总线激活或系统内部条件被唤醒。CAN的主要技术特点第十一页，共124页。CAN的网络拓扑

CAN以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。其网络拓扑形式大多是总线型结构，拓扑示意图见下图。

节点1节点2节点3节点4CAN总线CAN的总线型网CAN的网络拓扑第十二页，共124页。

CAN通信技术CAN的通信参考模型

CAN的通信模型的分层结构数据链路层逻辑链路控制子层LLCLLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息媒体访问控制子层MACMAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定物理层物理层规定了节点的全部电气特性是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输。

第十三页，共124页。

CAN通信技术CAN的通信参考模型

CAN与OSI/RM逻辑链路控制子层超载通知接收过滤介质访问控制子层故障限定错误检测确认报文帧仲裁物理层位定时和同步传输速率信号电平ISOOSI7层模型CAN层次结构表述层应用层会话层传输层网络层数据链路层物理层第十四页，共124页。CAN协议分层结构和功能位编码/解码位定时同步驱动器接收器特性逻辑链路子层LLC接收滤波超载通知恢复管理介质访问控制子层MAC数据包装/解包帧编码介质访问管理错误监测出错标定应答串并转换数据链路层物理层故障界定总线故障管理监控器CAN协议分层结构和功能第十五页，共124页。CAN总线比较常用物理介质是双绞线和光缆。第十六页，共124页。采用差分连接的方式。第十七页，共124页。CAN节点的网络连接电子信号在总线上会被信号线终端反射回来，避免信号的反射对节点正确读取总线电压非常重要。在总线的两个终端加上终端电阻以终结总线，可以避免信号反射。第十八页，共124页。电气特性双绞线中一根为CAN-H,另一根为CAN-L.地线第十九页，共124页。CAN总线信号的显位与隐位显位(逻辑0)VCANH：3.5vVCANL11.5v隐位(逻辑1)VCANH2.5vVCANL2.5v显位可改写隐位CAN总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。隐性状态下，VCAN-H和VCAN-L被固定为平均电压电平，两者电压差为0。显性状态下，VCAN-H和VCAN-L分别为3.5V和1.5V，两者差分电压大于2V。如图所示。

第二十页，共124页。CAN2.0A与CAN2.0BCAN2.0A与CAN2.0B是1991年颁布的CAN技术规范的两个部分CAN2.0A只有标准帧一种帧格式CAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场标准帧具有11位标识符扩展帧具有29位标识符标准帧的仲裁场由11位标识符和远程发送请求位RTR(RemoteTransmissionRequest)组成仲裁场的11位标识符从高位到低位顺序发送，最低位为ID.0，最高位为ID.10，其中的高7位（ID.10－ID.3）不能全为隐位。远程发送请求位（RTR）用于区分数据帧与远程帧在数据帧中RTR位必须是显位在远程帧中RTR位必须为隐位。第二十一页，共124页。扩展帧仲裁场的组成29位标识符位：ID.28至ID.0远程请求替代位SRR(SubstituteRemoteRequest)：设置SRR为保持扩展帧与标准帧的格式兼容扩展帧中的SRR为隐位标识扩展位IDE(IdentifierExtension)：标识扩展位IDE在标准帧中为显位,在扩展帧中为隐位远程发送请求位RTR组成第二十二页，共124页。CAN通信帧的类型标准帧11位标识符扩展帧29位标识符4种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧数据帧携带数据，由发送器传送至接收器远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数据帧出错帧由检测出总线错误的单元发送超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟第二十三页，共124页。CAN的帧结构

数据帧由7个不同的位场（域）组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束帧起始位（1个显位），表示标志帧的开始中间有仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场帧结束（7个隐位）数据场长度可为零仲裁场控制场数据场CRC场帧间空间帧结束帧起始ACK场帧间空间数据帧第二十四页，共124页。1.数据帧CAN2.0B存在标准和扩展两种帧格式为了设计简单，可以对标准格式执行部分扩展，不一定要完全扩展可以用整个标识符进行报文滤波，也可以把标识符屏蔽一部分进行报文滤波标准格式扩展格式仲裁场控制场数据场11位标识符SOFRTRIDEr0DLC仲裁场控制场数据场11位标识符SOFRTRIDEDLC18位标识符r1r0SRR第二十五页，共124页。数据帧的标准格式和扩展格式帧起始（SOF）仅由一显位构成。所有站都必须同步于首先发送的那个帧起始前沿仲裁场（标准格式）由11位标识符ID28~ID18、远程发送请求位RTR组成，其中ID高七位不可全为1（隐性）。仲裁场（扩展格式）由29位标识符ID28~ID0、SRR位、IDE位、RTR位组成SRR是隐性位，它用于替代标准格式的RTR位。IDE=1（隐性）代表扩展格式。IDE位在扩展格式中位于仲裁场而在标准格式中位于控制场。第二十六页，共124页。数据帧的标准格式和扩展格式控制场由6个位组成，在扩展格式中控制场包括4位数据长度码DLC和2位保留位，在标准格式中控制场包括4位数据长度码DLC、1位保留位、1位标识扩展位IDE数据长度码DLC3~DLC0指示数据场的字节数，0~8，其他数值不允许使用。保留位r1和r0必须为0，IDE(标准格式)=0数据场：包含被传送的数据，可包括0-8个8位的字节，先发送最高有效位。0~8个字节，8位/字节。CRC场由15位CRC序列和1位CRC界定符组成。CRC界定符为一隐性位。保留位控制场数据场或CRC场数据长度码仲裁场IDE/r1r0DLC3DLC2DLC1DLC0第二十七页，共124页。数据帧的标准格式和扩展格式应答场为2位，包括应答间隙和应答界定符，不进行位填充。在应答间隙时间，发送器发隐位；所有正确接收到有效报文的接收器发一个显位。应答界定符为隐位(1)。帧结束：由7个隐位组成，不进行位填充。第二十八页，共124页。远程帧远程帧由6个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧不存在数据场。需要数据的节点可以发送远程帧请求另一节点发送相应数据帧远程帧的RTR位是隐性的，它没有数据场，所以数据长度码没有意义。第二十九页，共124页。出错帧出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的出错标志叠加得到，第二个场是出错界定符错误标志具有两种形式：活动出错标志(Activeerrorflag)，由6个连续的显位组成认可出错标志(Passiveerrorflag)，由6个连续的隐位组成出错界定符包括8个隐位错误标志的重叠错误界定符帧间空间或过载帧错误帧数据帧错误标志第三十页，共124页。超载帧超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符（超载标志由6个显位组成、超载界定符由8个隐位组成）发送超载帧的超载条件：①接收器内部要求延迟下一个数据帧或远程帧，②在间歇场第一或第二位检测到一个显性位,如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第8位（最后一位）采样到一个显性位，节点会发送一个过载帧（不是错误帧）。错误计数器不会增加。过载标志的重叠过载界定符帧间空间或过载帧过载帧帧结束或错误界定符或过载界定符过载标志第三十一页，共124页。5.帧间空间间歇

间歇包括3个“隐性”的位。间歇期间，所有的站均不允许传送数据帧或远程帧，唯一要做的是标示一个过载条件。总线空闲总线空闲的时间是任意的。只要总线被认定为空闲，任何等待发送报文的站就会访问总线。在发送其他报文期间，有报文被挂起，对于这样的报文，其传送起始于间歇之后的第一个位。总线上检测到的“显性”的位可被解释为帧的起始。挂起传送

“错误被动”的站发送报文后，站就在下一报文开始传送之前或总线空闲之前发出8个“隐性”的位跟随在间歇的后面。如果与此同时另一站开始发送报文（由另一站引起），则此站就作为这个报文的接收器。间歇场总线空闲帧帧间空间帧第三十二页，共124页。实现CAN通信控制的几种ASIC芯片CAN通信控制器82C200:实现CAN2.0A的标准格式通信帧的通信控制CAN通信控制器SJA1000:实现CAN2.0B的两种格式通信帧的通信控制带CAN通信控制器与8位微控制器的P8XC592带CAN通信控制器与16位微控制器的87C196CA/CB带32位ARM7处理器内核、可编程逻辑、存储子系统、CAN接口、以太网接口、I/O接口等的片上系统TA7V带CAN通信控制器的CAN总线I/O器件82C150CAN总线收发接口器件82C250第三十三页，共124页。CAN通信控制器CAN通信控制器要实现CAN总线协议并具备与微控制器的接口不同型号的CAN总线通信控制器，其结构和功能大体相同；与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异由CAN通信控制器芯片完成CAN总线协议中物理层和数据链路层的所有功能应用层功能由微控制器完成芯片工作的温度范围为：－40℃～＋125℃，汽车及某些军用领域，－40℃～＋80℃，一般工业领域第三十四页，共124页。CAN通信控制器82C200的功能框图

82C200实现CAN2.0A协议第三十五页，共124页。CAN通信控制器SJA1000SJA1000实现CAN2.0B协议SJA1000CAN通信控制器由以下几部分构成:接口管理逻辑IML:它接收微处理器的命令,控制ＣＡＮ寄存器的地址,并为微处理器提供中断和状态信息。发送缓冲器TXB:它是ＣＰＵ和位流处理器（ＢＳＰ）之间的接口,有１３字节长。能存储一条将在ＣＡＮ总线上发送的完整报文。报文由ＣＰＵ写入,由位流处理器ＢＳＰ读出。接收缓冲器（ＲＸＢ,ＲＸＦＩＦＯ）:是ＣＰＵ和接收滤波器之间的接口,用来存储从ＣＡＮ总线收到并接收的报文。接收缓冲器FIFO共６４字节长。其中有１３字节的窗口可供ＣＰＵ访问。在ＣＰＵ处理一个报文的同时，由这个ＦＩＦＯ继续接收其它正在到来的报文第三十六页，共124页。CAN通信控制器SJA1000(续）接收滤波器ACF:接收滤波器把收到的报文标识符和接收滤波寄存器中的内容进行比较,以判断该报文是否被接收。如果判断结果是肯定的,则报文被存入ＲＸＦＩＦＯ。位流处理器BSP:位流处理器控制发送缓冲器ＦＩＦＯ和ＣＡＮ总线之间数据序列,同时它也执行错误检测、仲裁、位填充和ＣＡＮ总线错误处理功能。位定时逻辑BTL:BTL监视总线上的串行序列，处理与CAN总线相关的位时间，按收到的报文头与ＣＡＮ总线上的位流同步。BTL还为补偿传输迟延时间和相位跳变提供可编程的时间段。错误管理逻辑EML:它按照ＣＡＮ协议完成错误界定。它接受来自BSP的出错通知，并向BSP和IML提供出错统计

第三十七页，共124页。SJA1000功能框图第三十八页，共124页。出错处理功能的增强仲裁丢失捕捉寄存器（ＡＬＣ）：以找到丢失仲裁位的位置出错代码捕捉寄存器（ＥＣＣ）：分析总线错误类型和位置出错警告限寄存器（ＥＷＬＲ）：定义出错警告极限值接收出错计数寄存器（ＲＸＥＲＲ）发送ＴＸ出错计数寄存器（ＴＸＥＲＲ）记录发送和接收时出现的错误个数等。可根据从这两个寄存器读取的错误个数来判断目前ＣＡＮ控制器的出错状态。第三十九页，共124页。出错中断：出错中断源:总线出错中断、错误警告限中断(可编程设置)和被动出错中断。由中断允许寄存器(ＩＥＲ)区分出以上各中断,也可直接从中断寄存器(ＩＲ)中直接读取中断寄存器的状态来判断出错类型。出错代码捕捉寄存器(ＥＣＣ)：当ＣＡＮ总线发生错误时,产生相应的出错中断,同时，把对应的错误类型和产生位置写入出错代码捕捉寄存器(ＣＡＮ相对地址为12)。这个代码一直保存到被主控制器读取出来后,ECC才重新被激活工作，捕捉下一个错误代码。可以从ECC读取的数据来分析属于何种错误以及错误产生的位置，从而为调试工作提供了方便。

第四十页，共124页。SJA1000的应用电路

SJA1000与以下芯片或电路组合，构成CAN应用节点微控制器CPU总线收发器晶振、电源、复位电路其它测量控制电路第四十一页，共124页。SJA1000的应用电路第四十二页，共124页。其它与CAN通信相关的器件INTEL82527CAN通信控制器，支持CAN2.0B规范带CAN通信控制器的8位微控制器P8XC592具有微控制器P8XC552和CAN通信控制器82C200的功能组合带CAN通信控制器的16位微控制器87C196CA/CBP51XA-C3CAN总线收发接口器件82C250CAN总线I/O器件82C150第四十三页，共124页。CAN总线收发接口器件82C25082C250是CAN通信控制器与物理总线之间的接口，器件可以提供对总线的差动发送和接收功能。82C250的主要特性如下：与ISO/DIS11898标准全兼容高速性（最高可达1Mbps）具有抗汽车环境下瞬间干扰的能力降低射频干扰的斜率控制热保护总线与电源及地之间的短路保护低电流待机方式掉电自动关闭输出可支持多达110个节点相连接第四十四页，共124页。对于CAN控制器及带有CAN总线接口的器件，82C250并不是必须使用的器件，因为多数CAN控制器均具有配置灵活的收发接口并允许总线故障，只是驱动能力一般只允许20～30个节点连接在一条总线上。而82C250支持多达110个节点，并能以1Mbps的速率工作于恶劣电气环境第四十五页，共124页。CAN总线I/O器件82C15082C150是一种具有CAN总线接口的模拟和数字I/O器件，可用于传感器、执行器接口。主要功能包括：CAN接口功能和I/O功能第四十六页，共124页。CAN总线I/O器件82C150CAN接口功能符合具有严格的位定时的CAN技术规范2.0A和2.0B

全集成内部时钟振荡器（不需要晶振），位速率为20K~125Kbit/s具有位速率自动检测和校正功能由4个可编程标识符位，在一个CAN总线系统上最多可连接16个82C150支持总线故障自动恢复具有通过CAN总线唤醒功能的睡眠方式带有CAN总线差分输入比较器和输出驱动器第四十七页，共124页。I/O功能16条可配置的数字及模拟I/O口线每条I/O口线均可单独配置，包括I/O方向，口模式和输入跳变的检测功能在用作数字输入时，可设置为由输入端变化引起CAN报文自动发送两个分辨率为10位的准模拟量（分配脉冲调制PDM）输出具有6路模拟输入通道的10位A/D转换器两个通用比较器第四十八页，共124页。CAN总线I/O器件82C150的应用TOPFETTOPFETM电机灯模拟传感器开关量第四十九页，共124页。可配置片上系统TA7V05

TA7V是一个完整的32位现场可配置片上系统，集成了广泛流行的32位ARM7处理器内核、可编程逻辑、存储子系统和专用内部总线适合于工业现场和控制领域的应用具备功能丰富的FastChip开发套件，为开发、设计人员提供一个灵活的可配置平台，能快速地开发出自定制的嵌入式应用系统

第五十页，共124页。TA7V的主要性能高性能、低功耗的32位ARM7处理器支持实时操作系统，可实现源码级调试。集成了10/100M以太网为发送接收内建了2KBFIFO缓存，支持3个以上MAC地址集成了CAN2.0B控制器带有优先级仲裁，16个接收缓冲器，8个发送报文存储器。报文滤波支持DeviceNet和CanOPEN协议集成了USB1.1控制器支持最高速率为12M的通用串行总线第五十一页，共124页。2个UART通用异步收发接口，可配置成RS-232、RS-485等通信接口相当于6400个FPGA门阵列的可配置系统逻辑（CSLConfigurableSystemLogic）矩阵；支持标准逻辑设计工具，可实现快速加法器、乘法器、逻辑运算、计数器等专用电路32KB内部高速暂存SRAM、8KB混合指令/数据缓存，支持外部EEPROM、Flash、SDRAM内存子系统，支持JTAG接口实时调试功能8通道10位ADC，多功能定时器阵列（Multi-FunctionTimerArray），丰富的可编程PIO接口第五十二页，共124页。FastChip

配套开发工具FastChip中包括Triscend软模块库

可直接在FastChip编辑界面上配置这些软模块，实现不同功能的灵活设计，系统开发的可靠性高。允许设计人员导入利用第三方工具生成的用户自定义的网表文件，作为FastChip的新模块，用于系统配置TA7V05支持RedHat、uCLinux和uC/OS等嵌入式操作系统用户可根据系统开发的需要和特点，选择适当的操作系统,编写应用程序并下载到开发板上第五十三页，共124页。TA7V的工业总线“网关”功能

由于TA7V配备了UART、USB1.1、CAN2.0B、以太网等广泛流行的工业总线标准接口，可根据实际要求在短时期内实现自定制的以太网桥，为工业控制设备的Internet接入提供了方便可行的解决方案，利用TA7V自带的设备驱动程序和丰富的API函数可以缩短应用开发周期。该款芯片可以作为工业总线互联、工业总线接入Internet的“网关”，可作为嵌入式网关的芯片

第五十四页，共124页。利用片上可编程PIO通道、ADC通道，实现离散、模拟参数的输入、输出还可以利用系统内部的CSL逻辑和片上资源实现电机驱动、PLC和PID等复杂的控制功能，可作为工业控制现场的主控制器和网络连接设备的核心芯片。

第五十五页，共124页。CAN总线上测控数据的远程监控

第五十六页，共124页。CAN网段上的测控节点通过TA7V上的CAN2.0B接口与片上系统交换数据，存入TA7V的内存或相应的变量中TA7内存中测控数据可打包为以太网帧，再通过TA7V上的以太网接口发送到以太网上这里的TA7V并不是严格意义上的网关，只是不同协议网段间的数据转发通道。通过数据交换的B/S（浏览器/服务器）模式，用户不必亲临现场就可以对现场的CAN总线数据进行监控，达到了远程监控的目的。第五十七页，共124页。在ARM7处理器中植入uCLinux操作系统，而uCLinux支持Web功能，其BoaWebServer是一个单任务的HTTP服务器，可实现动态Web用户通过提交表单的方式发出HTML请求，服务器端接收此请求后执行相应的CGI程序，根据用户的表单请求进行数据存取处理，并生成动态HTML文件加载这些数据信息，并返回给浏览器，完成一次信息交互用户只需编写服务器端的相关CGI程序，对uCLinux内核和应用程序重新编译后，把映像文件下载到Flash存储器，就可以实现嵌入式系统的Web服务功能。

第五十八页，共124页。利用TA7V05片上系统的嵌入式Web方式，可以很方便地实现以太网和CAN总线的互联，并具有体积小、可靠性高、易于增加其他控制功能的优点，是CAN总线实现远程监控的理想解决方案。TA7V有功能强大的逻辑功能模块；丰富的I/O接口可实现电机驱动、仪表设备等功能，还具有多种工业总线接口，在工业控制领域具有良好的应用前景。工业现场设备的网络化和智能化是技术发展的必然趋势，以片上系统为代表的嵌入式系统将在工业控制中发挥更大的作用

第五十九页，共124页。车身控制器硬件设计车身控制器设计要求功能要求：如车身部件的正常工作、数据通信、提供诊断信息工程要求：如工作温度、防干扰性、尺寸要求、耐磨性等客户的特定要求：如对电源、微处理器、输入输出点定义第六十页，共124页。看门狗电源复位32位ARM7CPU存储单元A7V片上系统车身控制器437数字信号模拟信号PIOADC模块DI模块AI模块传感器/开关RS232UART系统标定JTAGPC机PIOMCU配置+3.3V+5V+12V电压调理模块SPILCD显示CAN控制器CAN收发器CAN121613PIOPIOPIO大功率DO模块大功率DO模块大功率DO模块照明、空调大功率设备状态指示等中功率设备仪表盘等小功率设备第六十一页，共124页。车身控制节点的数据通信车辆启动时的自检中央控制单元向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息。通过分析处理，及时发现和解决问题。周期性数据刷新控制器单元可以定期向功能模块采集车门是否关闭、车锁是否上锁、车窗的停止位置、座椅的电机状态、室内温度、通风状态等状态信息。运行过程中监视监视总线上报文帧的收发情况，如发现总线异常，自动作出紧急处理，给驾驶人员发出报警等。第六十二页，共124页。CAN通信的时间触发

（TimeTriggeredcommunicationCAN采用的非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信方式其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本上保证数据的实时传输由时间触发的通信协议，其网络调度具有确定性、实时性为满足汽车控制网络数据通信的实时性要求而开发了如TTCAN、FTTCAN等能及时传送控制网络的各种数据第六十三页，共124页。TT-CAN

（TimeTriggeredcommunicationonCAN）TT-CAN是对CAN扩展而形成的实时控制协议在CAN的物理层和数据链路层上添加了一个会话层TT-CAN已被国际标准化组织接收为ISO11898-4规范ISO11898-4规定了两种TT-CAN：基于时间主节点（Timemaster）的时间触发CAN协议。建立全局同步时基（Timebase）的时间触发CAN协议。第六十四页，共124页。第六十五页，共124页。FTT-CAN(FlexibleTT-CAN)FTT-CAN的最大特点是可根据需求在线修改网络策略适合于子系统之间异步访问总线的应用场合用于导航控制、ABS等。FTT-CAN的通信特点采用单主多从结构由主节点同步系统时钟总线时间由无限循环的基本周期组成每个基本周期起点发送表示基本周期开始的触发报文（Triggermessage）基本周期分为同步报文窗口和异步报文窗口，同步报文窗口用于传输周期性报文；同步报文的数据域中包括有触发通信的调度信息，如同步窗口的起始时刻点、在此周期里需要传输的报文等。在基本周期异步报文窗口用于传输非周期性报文，用于传输报警、诊断等非实时性的信息。FTT-CAN采用面向基本周期、而非面向每个报文的方式第六十六页，共124页。TTP/C（TimeTriggeredProtocol）TTP是时间触发协议的缩写，C代表SAE的网络级别ClassC。TTP/C属于实时、容错、确定性的协议，采用基于时分多路访问（TDMA）的总线访问方式。即所有总线活动基于事先规定的时刻点进行。因此，每个节点需要准确的全局时间基准，而且TTP/C通信协议能提供容错的时钟同步。在TDMA总线访问中，每个通信控制器在时间轴上将分配到属于自己的时隙（Timeslot），用于传输自己的报文。事先规定好每个报文的传输时刻点。总线上的所有节点知道某一节点发送报文的时刻点。通过比较事先规定好的报文接收时刻点和实际接收时刻，接收报文的节点可以简单地进行时钟同步的校正。并可以预测每个报文的最大传输延迟时间，保证高实时性通信的要求。

第六十七页，共124页。ByteFlightByteFlight是宝马公司发布的总线标准，主要应用于安全气囊、安全带等高性能汽车控制领域和一些航空领域。ByteFlight的数据通信采用FTDMA柔性时分多路访问（FlexibleTimeDivisionMultipleAccess）的媒体访问方式。一个同步主控制器周期性地发送同步脉冲，网络上的其他节点基于此脉冲同步本地时钟。连续两个同步脉冲之间的时间间隔是一个周期时间（Cycletime），每个周期时间为250s。ByteFlight根据报文实时性要求的高低把报文分为两种。一种是实时性要求高、每个周期都需要发送的“同步”报文。另一种是对实时性要求低、非周期性发送的“同步”和“异步”报文。每个周期被划分为若干时隙，先前的一部分时隙用于传输“同步”报文，剩余时隙用于传输所谓低优先级的“异步“报文。各时隙按报文的优先级大小排队。图4.29表示了这种FTDMA通信调度的周期与时隙。第六十八页，共124页。

几种CAN协议的性能比较协议种类拓扑传输介质传输速率(bps)数据域大小B冗余事件触发流量灵活性TT-CAN总线双绞线1M8无高中等FTT-CAN总线双绞线1M8有高高TTP/C总线、星型双绞线,光纤2M/25M240有低差ByteFlight星型塑料光纤10M12有中等中等FlexRay总线、星型双绞线,光纤10M246有中等中等第六十九页，共124页。第七十页，共124页。汽车内部网络的解决方案（Motorola）第七十一页，共124页。SAEJ1939

CAN规范只包括了物理层和数据链路层，是一个可以封装在通信控制器集成电路芯片内部的规范。SAEJ1939以CAN为基础，其物理层和数据链路层基本上沿用了CAN规范，并增加了网络层、应用层和网络管理规范。SAEJ1939目前已经发布的规范如下：J1939/01卡车、公共汽车控制与通信网络J1939/12物理层，250Kbps,四线双绞线J1939/13物理层，诊断连接器J1939/31网络层J1939/71车辆应用层J1939/72虚拟终端应用层J1939/73应用层-诊断J1939/81J1939网络管理协议第七十二页，共124页。通信参考模型比较

ISO模型

CANSAEJ1939应用层

应用层

网络管理表达层

会话层

传输层

网络层网络层数据链路层数据链路层数据链路层物理层物理层物理层

第七十三页，共124页。第七十四页，共124页。第七十五页，共124页。第七十六页，共124页。第七十七页，共124页。第七十八页，共124页。第七十九页，共124页。第八十页，共124页。第八十一页，共124页。第八十二页，共124页。第八十三页，共124页。第八十四页，共124页。第八十五页，共124页。第八十六页，共124页。基于SAEJ1939的车辆多网段系统

第八十七页，共124页。第八十八页，共124页。第八十九页，共124页。汽车内部网络

第九十页，共124页。第九十一页，共124页。第九十二页，共124页。第九十三页，共124页。第九十四页，共124页。第九十五页，共124页。第九十六页，共124页。第九十七页，共124页。第九十八页，共124页。第九十九页，共124页。第一百页，共124页。第一百零一页，共124页。第一百零二页，共124页。第一百零三页，共124页。第一百零四页，共124页。第一百零五页，共124页。第一百零六页，共124页。第一百零七页，共124页。第一百零八页，共124页。第一百零九页，共124页。第一百一十页，共124页。第一百一十一页，共124页。第一百一十二页，共124页。第一百一十三页，共124页。4.4.3CANBUS节点设计举例

1.网络拓朴

CAN-bus采用总线网络拓朴结构，在一个网络上至少需要有2个CAN-bus节点存在。在总线的2个终端，各需要安装1个120Ω的终端电阻；如果节点数目大于2个，中间节点就不要求安装120Ω终端电阻。终端电阻CAN-bus节点1CANHCANL节点2CANHCANL节点3CANHCANL节点4CANHCANL图4.26CAN总线网络拓朴示意图

第一百一十四页，共124页。虽然每一个节点根据应用系统的任务有各自控制功能，但完成CAN-bus信息交换的功能是相同的。CANbus节点一般由微处理器、CAN控制器、CAN收发器三部分组成。微处理器CAN控制器CAN收发器RXTXCAN总线

控制装置、传感器、变送器、人机接口等

CANBus节点图4.27CANbus节点示意图

第一百一十五页，共124页。2.硬件设计

如图4.28所示为CAN总线系统节点硬件电路原理图。从图中可以看出，电路主要由三部分所构成，微控制器89C51、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C250。微处理器89C