CAN总线通信技术.ppt

1、现场总线控制系统，第五章，CAN总线通信技术概述5.1，CAN发展概述5.1.1现代社会对汽车的要求不断提高，包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐舒适；驾驶和使用方便、人性化；特别是低排放、低油耗的要求。将微处理器及其电子控制技术应用于汽车设计是满足这些要求的最佳途径，并得到了广泛的应用。目前，这些系统包括：防抱死系统、制动力分配系统、发动机管理系统、多功能数字仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动光盘播放器等。3，5 . 1 . 1 CAN发展概述。这些系统由多个电子控制单元连接而成，电子控制单元可分为控制器、传感器、执行器等。同时，各种系统相互连接，越来越多的数据交换正

2、在发生。因此，有必要使用大量的线束和连接器来实现它们之间的互连和数据交换。随着汽车电子技术的不断发展，这种需求的增长是惊人的(如图)。1、4、5 . 1 . 1 CAN发展概况由于线束和连接器数量的增加，整车电子系统的复杂性越来越高，其可靠性将难以保证，故障率将增加，维护将更加困难。为了满足汽车信息交流的快速增长，有必要使用车载网络系统来实现多路传输。该网络系统采用串行总线结构，通过共享总线通道减少线束数量。除了总线拓扑外，车辆网络还必须具有出色的抗干扰能力；较强的错误检测和处理能力；满足信息传输的实时性要求；同时，它具有故障诊断和处理的能力。此外，考虑到成本因素，要求其控制接口结构简单，易于

3、配置。答，5，5 . 1 . 1 CAN发展概述。20世纪80年代，博世工程师开始研究汽车串行总线系统，因为当时没有一种网络协议能够完全满足汽车工程的要求。梅赛德斯-奔驰、英特尔和两所德国大学的教授也参与了这项研究。1986年，博世在汽车工程师协会会议上提出了CAN。1987年，英特尔推出了第一个CAN控制芯片82526；后来飞利浦半导体公司推出了82C200。1993年，国际标准国际标准化组织11898发布。此后，CAN协议被广泛应用于各种自动控制领域。a，6，5 . 1 . 1 CAN发展概述。1992年，美国中央情报局(CIA)建立了用户组织，随后第一个CAN应用层“CAL”建立。自19

4、94年以来，国际学术年会一直在举行。1994年，美国汽车工程师协会为卡车和公共汽车的控制和通信网络建立了基于can的SAEJ1939标准。今天，几乎所有欧洲生产的汽车都有CAN；高级总线上有两套控制器局域网，通过网关互连；1999年，近6000万控制器投入使用。2000年，它售出了1亿多块CAN芯片；2001年，汽车上使用的CAN节点数量超过了1亿。然而，基于CAN总线的汽车控制网络仍然是各大公司的独立系统，没有统一的标准。一、7、5.1.1现场总线的发展概况基于现场总线的应用层协议有两种常见的应用：DeviceNet(适用于工厂底层自动化)和CANopen(适用于机械控制的嵌入式应用)。任何

5、组织或个人都可以从DeviceNet供应商协会(ODVA)获得DeviceNet规范。购买者将获得开发DeviceNet产品的无限和真正自由的授权。自2002年DviceNet被确立为中国国家标准以来，已成功应用于冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山等行业，其低成本、高可靠性得到了广泛认可。8、5.1.2 CAN性能特性，有特殊的国际标准ISO11898。任何节点都可以随时主动发送。通过标识符将消息划分为不同的优先级，可以满足不同的实时要求。带h的消息通过过滤消息，可以实现多种传输模式，如点对点、点对多点和全球广播。最大速度可达1Mbps，最大速度可达10公里，节点数可达110

6、个，标识符几乎是无限的。9 . 5 . 1 . 2 CAN具有帧结构短、传输时间短、干扰概率低的特点，适用于工业环境。每一帧信息都采用了CRC校验等检错措施，数据误码率极低。通信介质(双绞线、同轴电缆或光纤)选择灵活，出现严重错误时自动关闭输出，以免影响总线上其他节点的通信。性价比高，设备购买方便，节点价格低。开发技术易于掌握，可以充分利用现有的单片机开发工具。A，10，5.1.3位表示通信距离，“显式”位0，“隐式”位1。如果总线上有两个以上的驱动器同时分别发送“0”和“1”，总线值将显式为“0”。A，11，CAN总线上两个节点之间的最大距离，A，12，5.2 CAN技术规范。1991年9月

7、，BOSCH公司发布了can技术规范2.0，其中包括两个部分：a和B.2.0A给出了CAN消息的标准格式，2.0B给出了标准和扩展的消息格式。1993年11月，国际标准化组织正式颁布为：道路车辆-数据信息交换-高速通信控制器局域网标准。2.0B与2.0a完全兼容。所以我们介绍2.0B，A，13，5.2.1基本概念，比特率在给定的CAN系统中，比特率是唯一且固定的。通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送相应的数据帧用于仲裁。当总线打开时，任何单元都可以开始发送消息，并且使用非破坏性的逐位仲裁规则来解决潜在的冲突。在发送标识符(仲裁区)的过程中，每个发送器监控总线上的当前电平，并将其

8、与发送的电平进行比较。如果相等，它将继续发送。如果一个隐藏位(1)被发送，而一个显式位(0)被检测到，节点将失去仲裁并立即停止发送后续位。仲裁面积最小的竞争对手将赢得仲裁。A，14，5.2.1逐位仲裁的基本概念标识符，显式，隐式，丢失仲裁，节点1，节点2，线路上可见，A，15，5.2.2根据现场视察模型的分层结构，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接收滤波器过载通知恢复管理，媒体访问控制子层媒体访问控制数据打包/解包帧编码媒体访问管理错误监控错误校准响应串并转换，数据链路层，物理层，故障定义，总线故障管理，监视器， a，16，5.2.3消息传输及其帧结构5.2.3.1帧

9、格式和帧类型，标准帧11位标识符扩展帧29位标识符帧类型数据帧，远程帧，错误帧和过载帧编码规则1)比特填充：发射机监控传输比特流，并自动为五个连续的相同比特插入一个补充比特。 (错误帧、过载帧和帧结束标志不执行位填充)2)17，5.2.3.2数据帧由NRZ编码，它由7个不同的字段组成。数据字段的长度可以是0can2.0b。有两种帧格式：标准格式和扩展格式。为了使设计简单，标准格式可以部分扩展，不一定完全扩展。整个标识符可用于消息过滤。仲裁字段、控制字段、数据字段、循环冗余校验字段、帧间空间、数据帧、A、18、数据帧的标准格式和扩展格式、仲裁字段、控制字段、数据字段、11位标识符、SOF、RTR

10、、IDE、r0、DLC、18位标识符、r1、R0、SRR、A、19、数据帧的标准格式和扩展格式、帧的开始(SOF)仅由一个显式位组成。所有站必须与第一次传输同步的帧前沿的仲裁字段(标准格式)由11位标识符ID28 ID18和远程传输请求位RTR组成，其中ID的高7位不能全部为1(隐式)。仲裁字段(扩展格式)由29位标识符ID28 ID0、SRR位、ide位和RTR位组成。SRR是一个隐式位，它被用来代替标准格式的RTR位。集成开发环境=1(隐式)代表扩展格式。集成开发环境位以扩展格式位于仲裁字段中，以标准格式位于控制字段中。A，20，数据帧的标准格式和扩展格式，控制字段由6位组成，数据长度码D

11、LC3DLC0表示数据字段的字节数，08。不允许使用其他值。保留位r1和r0必须为0，集成开发环境(标准格式)=0。数据字段：08字节，8位/字节。MSB第一个循环冗余校验字段由15位循环冗余校验序列和1位循环冗余校验分隔符组成。循环冗余校验限定符是一个隐式位。保留位、控制字段、数据字段或循环冗余校验字段、数据长度代码、仲裁字段、集成开发环境/R1、R0、DLC3、DLC2、DLC1、DLC 0、A、21、数据帧的标准格式和扩展格式，响应字段为2位。在响应间隔时间内，发送器发送一个隐藏位；所有正确接收有效消息的接收器都发送一个指示位。响应分隔符是隐藏位(1)。帧结束：它由7个隐藏位组成，没有位

12、填充。在7.2.3.3，需要远程帧中的数据的节点可以发送远程帧，并请求另一个节点发送相应的数据帧。远程帧的RTR位是隐式的，它没有数据字段，因此数据长度代码没有意义。A，22，5.2.3.4错误帧，错误帧由两个不同的字段组成，第一个字段是不同站提供的错误标记的叠加，第二个字段是错误定界符。有两种错误标志，主动错误标志(6个显式位)和被动错误标志(6个隐式位)。检测到错误状态的“错误激活”站发送激活的错误标志，这样所有其他站将检测到错误状态并开始发送错误标志。多达12个主要位叠加在一起，错误标志、错误分隔符、帧间间隔或过载帧、错误帧、数据帧、错误标志、A、23、5.2.3.4错误帧、检测到的错误

13、条件。从那时起，我们等待6个具有相同极性的位。一旦我们等待，被动错误标志就完成了。错误限定符包括8个隐性位。在一个站发送一个错误标志后，它发送一个隐藏位并监视总线，直到它找到一个隐藏位并发送剩余的7个隐藏位。A、24、5.2.3.5过载帧，包括两个字段：过载标志(6个显式位及其叠加)和过载定义符(8个隐式位)，导致发送过载标志的情况：接收方需要延迟下一个数据帧或远程帧，在间歇字段的第一位或第二位检测到与活动错误标志形式相同的显式位过载标志。一个站点发送过载标志，而其他站点发送过载标志。重载限定符的形式与错误限定符相同。发送过载标志后，站监控总线，直到发现从显式位到隐式位的跳转，然后发送剩余的7

14、个隐式位。过载标志、过载定界符、帧间空间或过载帧、过载帧、帧尾或错误定界符或过载定界符、过载标志的重叠，A，25，5.2.3.6帧间空间，用于数据帧或远程帧。但是，对于过载帧或错误帧，没有帧间空间的间歇字段与前一帧分开，由三个隐藏位组成。不允许在间歇场期间开始发送数据帧或远程帧。总线空闲周期可以是任何长度。这时，公共汽车是开着的，任何车站都可以随时发送。间歇字段、总线空闲、帧、帧间空间、A、26、5.2.4错误类型和定义、五种错误类型：位错误：发送器监控总线位值与发送的位值不同。仲裁字段填充位和回复间隙发送隐藏位，但是当检测到显式位时，会出现异常填充错误：第六个相同的位出现在应该填充位的位置。

15、循环冗余校验错误：计算结果与接收到的循环冗余校验不同：在固定位字段中出现非法位响应错误：在响应间隙中，发送器没有检测到显式位，A，27，5.2.4错误类型和定义，检测到循环冗余校验错误，错误标志应该在响应限定符之后发送；如果检测到其他错误，应在下一位发送错误标志。节点有三种故障状态：错误主动、错误被动和总线关闭。在正常情况下，节点是“错误激活”站。当这样的站检测到错误时，它们发送活动的错误标志。当这样的站点检测到错误时，它们只能发送被动错误标志。当有太多错误时，节点变为“总线关闭”。此时，节点不能对总线有任何影响(例如关闭输出驱动器)。a，28 5.2.4错误类型和定义，为了定义故障，每个节点

16、有两个计数：发送错误计数和接收错误计数，根据以下规则计数：当接收机检测到错误时，接收错误计数器加1，接收机在发送错误标志后的第一位检测到一个显式位，而当发射机发送错误标志时，接收错误计数器加8。 发送错误计数器加8发出错误标志或过载标志，发送错误计数器加8，发送错误计数器减少1，A，29，5.2.4错误类型和定义在消息成功发送后，接收错误计数器在消息成功接收后减少1，但是如果它是127，它被设置为发送错误计数器127或接收错误计数器127在119和127之间。 该节点被设置为“错误被动”状态以发送错误计数器255，并且该节点被设置为“总线关闭”状态。两个计数器都小于或等于127。错误被动节点被

17、设置为错误主动节点。在总线上检测到11个连续的隐藏位128次后，总线闭合节点成为错误活动节点，两个计数器清零。a、30、5.2.5位是定时和同步的。标称位时间分为：同步段同步段用于同步每个节点，传播段用于补偿正常情况下网络中的传输延迟。采样点读取的电平代表该位的电平，同步部分，4个时间份额，1个时间份额，1位时间=10个时间份额，传播部分，1个时间份额，4个时间份额5.2.5位定时和同步，时间份额除以振荡器周期。每个时间段的长度为：同步段1份额、传播段18份额、相位缓冲段1和18份额、相位缓冲段2和最大值(相位缓冲段1，信息处理时间)，其中信息处理时间=2份额。一个位的总时间份额为825，可以编程。同步规则：当总线空闲时，只要检测到隐性到显性的边缘，就会执行硬同步(以此边缘为同步段)；当总线不空闲时，如果边沿落在同步段之外，将根据它与同步段的差异进行再同步：32，5.2.5位定时和同步；再同步情况：边缘落在同步段之后，