《CAN总线》PPT课件.ppt

工 业 控 制 网 络 （现场总线） 3.2.1.4 错误类型和界定 u错误类型： 位错误 填充错误 CRC错误 形式错误 应答错误 3.2.1.4 错误类型和界定 位错误(Bit Error) 向总线送出一位的某个单元同时也在监视 总线。当监视到的总线位数值与送出的位数 值不同时，则在该位时刻检出一个位错误。 例外：仲裁场的填充位流期间、应答期间、 认可错误标志。 3.2.1.4 错误类型和界定 填充错误(Stuff Error) 在应使用位填充方法进行编码的报文中， 出现了第6个连续相同的位电平时，将检出一 个填充错误。 3.2.1.4 错误类型和界定 CRC错误(CRC Error) CRC序列是由发送器完成的CRC计算结果 组成的。接收器以与发送器相同的方法计算 CRC。如果计算结果与接收到的CRC序列不 相同，则检出一个CRC错误。 3.2.1.4 错误类型和界定 形式错误(Form Error) 当固定形式的位场中出现一个或更多非 法位时，则检出一个形式错误。 3.2.1.4 错误类型和界定 应答错误(Acknowledgement Error) 在应答间隙期间，发送器未检测到“显性 ”位，则由它检出一个应答错误。 3.2.1.4 错误类型和界定 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。 CRC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 标志已经开始发送。 3.2.1.4 错误类型和界定 在CAN总线中，就故障界定而言，一个单元 （节点）可能处于三种状态： “错误激活”(“Error Active”) “错误认可”(“Error Passive”) “总线脱离”(“Bus off”) 3.2.1.4 错误类型和界定 总线单元中的两种计数： 发送错误计数 接收错误计数 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 接收器检出错误时，接收错误计数加1。 接收器在送出错误标志后的第一位检出 一个“显性”位时，接收错误计数加8。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 发送器送出一个错误标志时，发送错误计数加8。有两种 例外情况，发送错误计数不改变。 一个是如果发送器为“错误认可”，因未检测到“显性” 应答而检测到一个应答错误，并且在送出其认可错误标志时 ，未检测到“显性”位。 另一个是如果由于仲裁期间（其填充位处于RTR位前 ）发生的填充错误，发送器送出一个错误标志，本应是“隐性 ”的，而且确实发送的是“隐性”的，但监视到的为“显性”的。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 如果发送器送出一个激活错误标志或超载标 志时，发送器检测到位错误，则发送错误计数 加8 。 如果接收器送出一个激活错误标志或超载标 志时，接收器检测到位错误，则接收错误计数 加8。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 在送出激活错误标志、认可错误标志或超载 标志后，任何节点都容许多至7个连续的“显性” 位。在检测到第14个连续的“显性”位后，或紧 随认可错误标志检测到第8个连续的“显性”位后 ，以及附加的8个连续的“显性”位的每个序列后 ，每个发送器的发送错误计数都加8，并且每 个接收器的接收错误计数也都加8。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 报文成功发送后，则发送错误计数减1， 除非它已经为0。 报文成功接收后，则接收错误计数减1， 如果它处于1和127之间。若接收错误计数为 0，则仍保留0，而若它大于127，它将其置 为119和127之间的某个数值。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 发送错误计数等于或大于128或接收错误 计数等于或大于128时，节点为“错误认可” 。导致节点变为“错误认可”的错误状态使节 点送出一个激活错误标志。 发送错误计数大于或等于256时，节点为 “总线脱离”。 3.2.1.4 错误类型和界定 计数规则 ： 发送错误计数和接收错误计数两者均小 于或等于127时，“错误认可”节点再次变为“ 错误激活”节点。 在检测到总线上11个连续的“隐性”位发 生128次后，“总线脱离”节点将变为其两个 错误计数器均置为0的“错误激活”节点（不 再是“总线脱离”）。 3.2.1.4 错误类型和界定 当错误计数值大于96时，说明总线被严 重干扰。它提供测试此状态的一种手段。 若系统启动期间，仅有一个节点在线， 此节点发送报文后，将得不到应答，检出错 误并重复该报文。它可以变为“错误认可”， 但不会因此“总线脱离”。 3.2.1.5 位定时要求 一些重要概念： 正常位速率(Nominal Bit Rate)在非 重同步情况下，借助理想发送器每秒发送 的位数。 正常位时间(Nominal Bit Time)正常 位速率的倒数。 3.2.1.5 位定时要求 正常位时间可划分为几个互不重叠的时间段。这些时间 段包括：同步段（SYNC-SEG）、传播时间段(PROP-SEG) 、相位缓冲器段1(PHASE-SEG1)和相位缓冲器段2(PHASE -SEG2)。 3.2.1.5 位定时要求 同步段（SYNC-SEG）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。 传播段（PROP-SEG）用于补偿网 络内的物理延时。它是信号在总线上传播 时间的两倍与输入比较器延时和输出驱动 器延时之和。 3.2.1.5 位定时要求 相位缓冲段1（PHASE-SEG1）和相位缓冲 段2（PHASE-SEG2）用于补偿沿的相位 误差，使总线上的各个节点同步。通过重同 步，这2个时间段可被延长或缩短。 采样点(Sample Point)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。它位于相位缓冲段1的终 点。 3.2.1.5 位定时要求 信息处理时间是由采样点开始、为 计算后续位电平而保留的时间段。 时间份额(Time Quantum)是由振荡 器周期派生出的一个固定时间单元。时间 份额的总数必须被编程为至少由8至25。 3.2.1.5 位定时要求 正常位时间中各时间段长度：SYNC-SEG为1个时间份 额；PROP-SEG长度可编程为1，2，8个时间份额 ； PHASE-SEG1长度可编程为1，2，8个时间份额 ； PHASE-SEG2 长度为PHASE-SEG1和信息处理时间的 最大值；信息处理时间长度小于或等于2个时间份额。 3.2.1.5 位定时要求 硬同步(Hard Synchronization)硬同步后，内部 位时间从SYNC-SEG重新开始。硬同步强迫引起硬 同步的沿处于重新开始的位时间同步段之内。 重同步(Resynchronization)当引起重同步的沿 的相位误差数值小于或等于重同步跳转宽度编程值 时，重同步的作用与硬同步的作用相同。当相位误 差数值大于重同步跳转宽度，且相位误差为正时， 则PHASE-SEG1延长数值等于重同步跳转宽度。当 相位误差数值大于重同步跳转宽度，且相位误差为 负时，则PHASE-SEG2缩短数值等于重同步跳转宽 度。 3.2.1.5 位定时要求 重同步跳转宽度(Resynchronization Jump Width) 作为重同步的结果, PHASE-SEG1可被延长或 PHASE-SEG2可被缩短。这两个相位缓冲段的延长 或缩短的数值有一个由重同步跳转宽度给定的上限 。重同步跳转宽度应编程为1和min(4,PHASE-SEG1) 之间。 时钟信息可由一位数值到另一位数值的跳变取得 。具有相同数值的连续位的最大个数是唯一而固定 的，这一特性提供了在帧期间总线单元重同步于位 流的可能性。可被用于重同步的两个跳变之间的最 大长度是29个位时间。 3.2.1.5 位定时要求 沿相位误差(Phase Error of an Edge) 沿相位误差由沿相对于SYNC-SEG的位 置给定，以时间份额量度。相位误差的符 号定义如下： 若沿处于SYNC-SEG之内，则e = 0 若沿处于采样点之前，则e 0 若沿处于前一位采样点之后，e 0 3.2.1.5 位定时要求 同步规则 (Synchronization Rules)： 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后立 即得到的总线数值不同，则该沿将被用于同步。 在总线空闲期间，无论何时当存在一个“隐性”至“ 显性”的跳变沿，则执行一次硬同步。 所有履行规则和的其它“隐性”至“显性”的跳变 沿（和在低位速率的情况下，选择的“显性”至“隐性”的 跳变沿）都将被用于重同步。 3.2.1.6 CAN振荡器容差的 提高 为使振荡器容差最大值由当前的0.5%提高到 1.5%，并与当前CAN指标向前兼容，CAN2.0进 行了下列修正： 1.若一个CAN节点在间歇场的第3位采样到一个 显性位，则它将此位理解为帧起始位； 2.若一个CAN节点有一个等待发送的报文，且 它在间歇场的第3位采样到一个显性位则它将此 位理解为帧起始位，并在下一位以其标识符的第 一位开始发送报文，而不是首先发送帧起始位， 也不变成为接收器； 3.2.1.6 CAN振荡器容差的 提高 3.若一个CAN节点在错误界定符或超载界 定符的第8位（最后一位）采样到一个显性 位，它将在下一位开始发送一个超载帧（ 不是错误帧），错误计数器不增加； 4.仅隐性至显性的跳变沿用于同步，为了 与当前规范相统一，以下规则仍有效； 3.2.1.6 CAN振荡器容差的 提高 5.硬同步时，所有CAN控制器均同步于帧 起始位； 6.没有CAN控制器发送帧起始位，直至它 计完间歇场的3个隐性位。 3.2.2 CAN技术规范2.0B 3.2.2.1 CAN节点的分层结构 3.2.2.2 帧格式和帧类型 3.2.2.3 振荡器容差 3.2.2.1 CAN节点的分 层结构 3.2.2.2 帧格式和帧类型 1数据帧 数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、 仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场、帧结束 3.2.2.2 帧格式和帧类型 3.2.2.2 帧格式和帧类型 3.2.2.2 帧格式和帧类型 2远程帧 3错误帧 4超载帧 5帧间空间 3.2.2.3 振荡器容差 振荡器容差最大额定值为1.58%，因而 根据经验，使用陶瓷谐振器总线速度最高 可达125kbps。 3.3 CAN总线基本技术阐 释与分析 3.3.1 总线典型电平 3.3.2 LLC子层和MAC子层 3.3.3 MAC 机制 3.3.4 位定时的作用及硬同步与重同步 3.3.5 数据帧与 CAN中断速率 3.3.6 标准格式及扩展格式的数据帧、远程帧的区分 3.3.7 总线长度与位速率 3.3.1 总线典型电平 3.3.1 总线典型电平 3.3.1 总线典型电平 3.3.1 总线典型电平 3.3.2 LLC子层和MAC子层 LLC子层的主要功能： 接收过滤是指LLC子层通过对报文整个标识符 或部分标识符的屏蔽/筛选来决定是否接收报文； 超载通知是指在发生超载条件时，LLC子层发 送超载帧以示通告，从而延迟下一个数据帧或远 程帧； 恢复管理是指在发送期间，对于丢失仲裁的或 已损的报文，LLC子层具有自动重发的功能。 3.3.2 LLC子层和MAC子层 根据ISO11898，存在两种类型的来自/传 给用户的帧：LLC数据帧和LLC远程帧。 对于这两种类型的帧，LLC子层均向用户 通告帧是否成功发送或接收。 LLC子层传给/接收来自MAC子层的帧为 ：数据帧、远程帧和超载帧。 3.3.2 LLC子层和MAC子层 LLC数据帧和远程帧的结构分别如图319和图320所示。应该指出， 用户传给LLC子层的标准格式的数据帧包括4部分：标识符、RTR位（为 “0”）、DLC和数据场，前3部分的位数分别为11、1和4，即前3部分共有 16位，刚好为2个字节（占用2个地址单元，若每个地址单元为1个字节） 。 许多CAN控制器（如SJA1000、P8xC591中的CAN控制器）就要求将 标识符、RTR位和DLC写入2个地址单元或从2个地址单元中读出。用户 传给LLC子层的标准格式的远程帧包括3部分：标识符、RTR位（为“1” ）和DLC。 3.3.2 LLC子层和MAC子层 MAC子层提供的主要功能是传送协议， 即发送/接收数据的封装（成帧）/拆装，帧 编码及位填充（若需要）/去除填充位（若 有），媒体访问管理（执行仲裁），错误 检测和标注，应答，（发送）串行化/（接 收）解除串行化。 3.3.2 LLC子层和MAC子层 ISO11898中介绍，MAC子层（为LLC子层）提供的服务为：应答数据 传送，即为LLC子层发送/接收数据帧；应答远程数据传送，即为LLC子 层发送/接收远程帧；超载帧传送，即为LLC子层发送/接收超载帧。 MAC子层构造MAC数据帧、MAC远程帧和MAC超载帧并将其发送到 物理层；当然，MAC子层亦从物理层接收MAC数据帧、MAC远程帧和 MAC超载帧。MAC子层还构造并发送错误帧（当检测到总线错误时） 。 CAN技术规范中给出的4种帧（数据帧、远程帧、错误帧和超载帧） 的组成均指的是MAC帧。 3.3.3 MAC 机制 CAN网络上一个节点发送的帧/报文可被网络上所有其它节点监听并 应答。当总线处于空闲（开放）时，任何节点均可开始发送报文。若 一个节点正在发送，其它节点只有在此发送完成以后，才可尝试发送 。 3.3.3 MAC 机制 如果两个或多个节点同时开始发送，则通过使用仲裁场（11 位标识符和RTR位（对于标准格式）的非破坏性逐位仲裁机 制来解决总线访问冲突。 在仲裁场发送期间，每一个发送器均监听总线电平，并将它 与自身发送的位相比较。若两值相等，则节点可继续发送。若 一个节点发送一个隐性位（“1”），而在总线上监听到一个显 性位（“0”），则此节点即失去仲裁，并必须停止发送。在当 前发送结束后，失去仲裁的节点可尝试再次发送。 由于标识符是由最高位至最低位被发送的，因此发送数值最 小的标识符的节点会赢得仲裁。 3.3.3 MAC 机制 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 位定时的作用： （1）确定位时间，以便确定波特率，从而确定 总线的网络速度；或在给定总线的网络速度的情 况下确定位时间。 （2）确定1位的各个组成部分同步段、传播段 、相位缓冲段1和相位缓冲段2的时间长度，其中 同步段用于硬同步，位于相位缓冲段1终点的采 样点用于保证正确地读取总线电平。 （3）确定重同步跳转宽度以用于重同步。 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 一个节点应既能在位时间的采样点正确地读取 总线电平，也能检测来自总线的沿以进行硬同步 或重同步。 在CAN技术规范的时间份额的表达式中，对于 常用的独立CAN控制器SJA1000和P8xC591中的 CAN控制器，时间份额tq为系统时钟周期tscl；预 引比例因子m为可编程的，其值取决于总线定时 寄存器0（BTR0）的内容；最小时间份额为振荡 器周期tCLK的2倍，即2tCLK。 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 CAN 总线中，同步包括硬同步和重同步 两种形式。同步与位定时密切相关。同步 也是由节点自身完成的。节点将检测到的 来自总线的沿与其自身的位定时相比较， 并通过硬同步或重同步适配（调整）位定 时。 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 硬同步 所谓硬同步，就是由节点检测到的来自 总线的沿强迫节点立即确定出其内部位时间的起始 位置（同步段的起始时刻）。硬同步的结果是，沿 的到来时刻的前一时刻（以时间份额tq量度）即成 为节点内部位时间同步段的起始时刻，并使内部位 时间从同步段重新开始。 这就是规范中所说的“硬同步强迫引起硬同步的 沿处于重新开始的位时间同步段之内”。硬同步一 般用于报文开始，即总线上的各个节点的内部位时 间的起始位置（同步段）是由来自总线的一个报文 帧的帧起始的前沿决定的。 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 3.3.4 位定时的作用及硬同步与 重同步 重同步 所谓重同步，就是节点根据沿相 位误差的大小调整其内部位时间。重同步的 结果是，节点内部位时间与来自总线的报文 位流的位时间接近或相等，从而使节点能够 正确地接收报文。重同步一般用于报文位流 发送期间，以补偿各个节点振荡器频率的不 一致。 沿相位误差由来自总线的沿相对于节点内 部位时间同步段的位置给定，以时间份额量 度。 3.3.4 位定时的作用及硬同步与重 同步 3.3.5 数据帧与 CAN中断速 率 标准格式数据帧的最小位数为44，最大位 数为108。一般地，将帧起始、仲裁场和控制 场作为CAN