CAN总线结构组成

汽车车载网络技术控制局域网CAN一.CAN概述二.CAN组成部件三.CAN总线电平及数据传输四.CAN总线帧结构五.低速CAN线路故障与诊断六.高速CAN线路故障与诊断51、什么是CAN？CAN是一种世界标准的串行通讯协议，为数据高速公路确定统一的“交通”规那么。CAN是由ROBERTBOSCH公司和Intel公司专门为汽车内数据交换开发的总线系统。Controller控制器Area局域Network网6为什么汽车中采用的是CAN已作为标准实施节点多价格廉价广泛的开发和检测工具能满足很高的平安性要求抗干扰能力强平安的数据通讯协议7CAN开展史1983年由Bosch公司开发CAN-总线应用于汽车制造业。1987年Intel公司制成第一块硅片。1989年起在汽车及自动化工业中出现了串行通讯模块。自1994/95年CAN成为汽车内采用得最广泛的通讯协议。CAN通讯在汽车中的应用在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、群众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。CAN为双线总线，既可用于动力及其传动系统，也可用于车身系统。9CAN总线舒适系CAN和驱动系CAN目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN：

一条用于驱动系统的高速CAN，速率到达500kb/s。主要面向实时性要求较高的控制单元，如发动机、电动机等另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。主要是针对车身控制的，如车灯、车门、车窗等信号的采集以及反响。其特征是信号多但实时性要求低，因此实现本钱要求低。CAN–驱动 500kBitCAN–舒适 100kBitCAN–信息娱乐 100kBit3个数据总线系统CAN–驱动总系统由以下组成：J285CAN–舒适系统CAN–信息娱乐CAN总线〔控制器局域网路〕舒适CAN 低速CAN信息娱乐CAN 低速CAN驱动CAN 高速CAN扩展CAN 高速CAN组合仪表CAN 高速CAN诊断CAN 高速CAN2、CAN总线的通信模式第一，“载波监测，多主掌控/冲突防止允许在总线上的任一设备有同等的时机取得总线的控制权来向外发送信息。如果在同一时刻有两个以上的设备欲发送信息，就会发生数据冲突，CAN总线能够实时地检测这些冲突情况并作出相应的仲裁而不会破坏待传之信息；CAN为多主方式工作--------不分主次，每个节点都可为主，均可向它点发出信息。CAN上的节点分成不同优先级--------这在报文标识符上有明确表达；CAN采用非破坏总线仲裁技术：冲突---仲裁-----优先级高先行；CAN总线的通信模式第二，信息报文在传送时不是基于目的站点地址；允许不同的信息以“播送”的形式发送到所有节点并且可在不改变信息格式的前提下对报文进行不同配置；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符〔报文的ID

〕来指示功能；CAN节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现数据传送、接收；远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。播送方式：一家发送，大家接收。CAN总线的通信模式

第三，CAN总线是一种高速的，具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络。完整过失管理机制数据获取有秩序故障点自动脱离信息自动重发高速性性价比高帧短、实时性强数据获取有秩序故障点自动脱离特点3、CAN的特点完整差错管理机制扩展性特点〔1〕高速性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1Mbps)；〔2〕性价比高CAN是目前为止唯一“有国际标准的汽车现场总线”；CAN通信介质选择灵活，传输介质低廉；器件容易购置，节点价格低；开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具；〔3〕帧短、实时性强CAN报文采用短帧结构：出错率低；CAN的每帧信息都有CRC校验，检错效果好；仲裁机制〔4〕CAN总线协议有一套完整的过失管理机制

所有的单元都可以检测错误〔错误检测功能〕,检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元〔错误通知功能〕,正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止〔错误恢复功能〕。发送错误可通过“CRC出错”检测到；普通接收错误可通过“应答出错”检测到；CAN报文格式错误可通过“格式出错”检测到；CAN总线信号错误可通过“位出错”检测到；同步和定时错误可通过“阻塞出错”检测到。实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形失真不严重失真严重在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减；电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应；相邻线路之间的串线干扰；大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素。过失产生的原因过失的控制在数据通信中，原发送信息，不具备抗干扰性能，如果引入冗余度后，就可以使新的码组具有一定的抗干扰能力。例如，两个码元构成四种码组00、01、10、11，无法检错，而使用三个码元，有用码组为000、011、101和110；目前过失控制常采用冗余编码方案，检测和纠正信息传输中产生的错误。冗余编码思想就是：把要发送的有效数据在发送时按照所使用的某种过失编码规那么加上控制码〔冗余码〕，当信息到达接收端后，再按照相应的校验规那么检验收到的信息是否正确。过失编码过失检测编码：奇偶校验码；水平垂直奇偶校验码；CRC循环冗余码等；过失纠错编码：汉明码；卷积码；奇偶校验码采用奇偶校验法，在每个字符的数据位传输之前，先检测并计算奇偶校验位，然后将其附加在后；根据采用的奇偶校验位是奇数还是偶数，推出一个字符包含“1”的数目，接收机重新计算收到字符的奇偶校验位，并确定该字符是否出现传输过失；假设每个字符只采用一个奇偶校验位时，只能发现单个比特过失，如果有两个或两个以上比特出错，奇偶校验位无效；异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术；水平奇偶校验码

设一个字符对应的ASCII码为C7C6C5C4C3C2C1，校验位为C8在下面的例子中，假定采用偶校验。垂直奇偶校验码

28水平垂直奇偶校验源数据水平校验位垂直校验位最后发送的数据29水平垂直奇偶校验码检错能力：可检出某行、某列的所有奇数个错；能发现大局部偶数个错；可以纠正不能同时满足行、列校验关系的一位错不能检出某些互相补偿的偶数个错原理发送：以16位字为单位进行累加，累加过程中假设最高位有进位那么循环进入低位，最后将累加和取“1补码”(即反码)，得校验和，将其与数据一起发送。接收：当接收者收到该数据块后，同样以16位字为单位对各数据及校验和进行累加，假设最后结果为全1，那么正确，否那么出错。可靠性:能够检测出绝大多数奇数个和偶数个数据位的变化。除非一个16位字中的0变成1，而另一个16位字中的相同位置由1变成0。说明：也可用“2补码”(即补码),此时接收校验累加应为0.校验和〔CheckSum)校验和计算过程循环冗余码CRCCRC是一种较为复杂的校验方法.先将要发送的信息数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，假设余数为“0”，就表示接收的数据正确，假设余数不为“0”，那么说明数据在传输的过程中出错。D:要发送的数据（d位）R:CRC校验（r位）DR（d+r位）发送方生成CRC校验码接收方进行CRC校验过失控制的根本方法：接收方进行过失检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。过失控制技术自动请求重传AutomaticRepeatRequest〔ARQ〕停等ARQ每发送一帧就需要一个应答帧只重传刚刚出错的帧Go-back-N〔回退N帧〕ARQ每发送N帧需要一个应答帧需重传前面〔N-i+1〕帧〔0≤i≤N〕选择重传ARQ每发送N帧需要一个应答帧只重传出错的帧反响重发技术〔5〕数据获取有秩序、信息自动重发采用非破坏性总线仲裁技术，按优先级发送，大大减少总线冲突仲裁时间；〔6〕故障点自动脱离CAN节点有自动关闭输出功能------节点在错误严重时；〔7〕扩展性CAN上的节点数可达110个-------多少取决于“总线驱动电路”(理论上是没有限制的,但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制)与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。一.CAN概述二.CAN组成部件三.CAN数据传输四.CAN总线帧结构五.低速CAN线路故障与诊断六.高速CAN线路故障与诊断CAN的根本组成1、电控单元〔CANbus节点〕CANbus节点一般由微处理器、CAN控制器、CAN收发器三局部组成。带有CAN连接的控制单元CAN控制器收发器微控制器传感器执行器传感器/执行器接口数据总线针脚线电控单元接收来自传感器的信号，将其处理后再控制执行元件工作，同时根据需要将传感器信息通过CAN总线发给其他电控单元。电控单元的主要构件由CPU、CAN控制器和CAN收发器，另外还有输入/输出存储器和程序存储器。42CAN-Bus部件CAN-控制器数据传输线收发器CAN-数据区控制(VW)80C51—单片机SJA1000—CAN控制器PCA2C250—CAN收发器CAN控制器1〕CAN控制器概念：由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现通信模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供与电控单元的物理接口。2〕作用：通过对CAN控制器编程，可设置CAN的工作方式，控制CAN的工作态度，进行数据发送和接收，以它为根底建立应用层。3〕CAN控制器的分类：CAN独立控制器和CAN集成电控单元两种。SJA1000存放器1〕SJA1000是一种独立CAN控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制〔CAN〕2〕开发公司：PHILIPS公司3〕控制器的旧版本：PCA82C200CAN控制器的替代品，而且它增加了一种新的工作模式PeliCAN,这种模式支持具有很多新特性的CAN

2.0B。CAN控制器扮演网络协议的角色它提供了微处理器的物理线路的接口进行数据的发送和接收CAN控制器的作用CAN控制器SJA1000在系统中的位置CAN收发器CAN控制器模块控制器TXRX传感器执行元件MMIPCA82C250/251SJA1000通用型控制器TXRX传感器执行元件MMICAN总线CAN独立控制器SJA1000的特性1)与PCA82C200独立的CAN控制器引脚和电气特性兼容；2)扩展的接收缓冲器为64B，先进先出(FIFO)；3)支持CAN2.OA和CAN2.OB协议，支持11位和29位标示符；4)位速率可达1Mbit／s；5)24MHz时钟频率；6)方便各种微处理器的接口；7)可编程的CAN收发器配置；8)温度适应范围扩大(-40～+125℃)；9)PeliCAN模式扩展功能包括：标准帧和扩展帧信息的接收和传送接收FIFO64

字节在标准和扩展格式中都有单/双验收滤波器含屏蔽和代码存放器读/写访问的错误计数器可编程的错误限制报警SJA1000内部结构框图

图2SJA1000结构框图解释CPU的命令，控制CAN存放器的寻址，向CPU提供中断信息和状态信息CPU和BSP之间的接口。能够存储发送到CAN上得完整信息接收过滤器和CPU之间的接口，用来存储从CAN总线上接收并确认的信息位于发送缓冲器、RXFIFO和CAN之间的控制数据流队列发生器，具有错误检测、仲裁等功能把数据和接收的标识符内容进行比较，以决定是否接收监视串行口CAN总线和位时序。负责限制传输层模块的错误，接收来自BSP的出错报告，错误统计后告诉BSP和IML发送缓冲区验收滤波器接收FIFOCAN2.0B核心模块接口管理逻辑主控制器收发器SJA1000CAN总线线路一种为28引脚的塑质双列式封装〔DIP28〕一种为28引脚的塑质小型线外封装〔S028〕SJA1000芯片引脚图2SJA1000的芯片1〕CAN收发器概念：就是一个发送—接收放大器，它把CAN构件构件连续的比特流〔逻辑电平〕转换成电压值〔线路传输电平〕，或反之。2〕收发器通过TX-线〔发送导线〕或RX-〔接收导线〕与CAN构件相连。CAN收发器PCA82C250是CAN协议控制器和物理总线的接口。此器件对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力。又称为总线驱动器。符合ISO11898标准，最高速率1Mbps；抗汽车环境瞬间干扰，具有保护总线能力；斜率控制，降低射频干扰RFI；热保护以及电源和地短路保护；低电流待机模式；未上电的节点对总线无影响；可连接110个节点；工作温度-40～+125℃。内部具有限流电路，可防止发送输出级对电源、地或负载短路。虽然短路出现时功耗增加但不至于损坏器件。假设结温超过160℃，那么两个输出端电流限将减小，从而限制了芯片温升。器件的所有其他局部将继续工作。双线差分驱动有助于抑制汽车等恶劣电器环境下的瞬变干扰。1〕别离终端2〕多终端3〕单终端4〕非匹配终端数据传递终