（动力机械及工程专业论文）基于can总线下的电控柴油机多ecu通信平台的设计.pdf

摘要 由于汽车内部电子智能部件的大量增加，对数据通信提出了迫切的要求和c a n 局域网的 优点，c a n 网络取代传统的串口通信已成为必然的发展趋势。到目前为止，c a n 在卡车 和客车已经发展形成一种标准协议- - j 1 9 3 9 。本文主要叙述了c a n 总线网络通信原理和 特点i 及常用控制芯片- p h i l i p s 公面生产的s j a l 0 0 0 盼特点和功能。以及详细论述的 j 1 9 3 9 协议的原理，内容及应用。最后设计最小节点子系统，并构建控制器局域网络初步； 根据1 9 3 9 协议编写通信程序，井最终实现数据通信功能。 关键词：j 1 9 3 9 协议，控制器局域网，汽车通信 v a b s t r a c t w i t ht h ee l e c t r o n i cc o n t r o l l e ru n i ti n c r e a s i n gq u i c k l yi na u t o ，h i 曲一s p e e da n de f f e c t i v e c o m m u n i c a t i o ni sr e q u e s t e d ，a d d i n gi t sh u g ea d v a n t a g e ，t h ec o n t r o l l e ra r e an e t w o r kw i l l t a k et h ep l a c eo f t h er $ 2 3 2a n di t su s ei na u t ob e c o m eac e r t a i nd i r e c t i o n s of a r , w i t ht h e c a n p r o t o c o ld e v e l o p i n g , an e ws t a n d a r db i r t h e d - - j 1 9 3 9 i th a sb e c o m ea s t a n d a r d p r o t o c o lu s e di nt r u c ka n db u s n i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e s t h ep r i n c i p l eo f c a na n di t s c h a r a c t e r i s t i c ，i n c l u d i n g t h ef u n c t i o no fc o m m o n - u s e d c h i p ，s j a l 0 0 0 ，p r o d u c e db y p h i l i p s t h ep r i n c i p l e 、t h ec o n t e n ta n dt h ea p p l i c a t i o no fj 1 9 3 9w i l la l s ob ed e s c r i b e di n t h i sd o c u m e n ti nd e t a i l a tj a s t , t h es m a l l e s tu n i ta n dt h eb a s i cc o n t r o l l e rn e th a v eb e e n d e s i g n e d a n db a s e d o i lt h e p r o t o c o lo f j l 9 3 9 ，ac o m m u n i c a t i o nc o d ei sp r o g r a m m e d a n d t h ed a t ac o m m u n i c a t i o nh a sr e a l i z e df i n a l l y k e yw o r d s ：j 1 9 3 9 ，c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k , a u t o c o m m u n i c a t i o n v i 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 0 前言 1 课题的提出 随着轿车技术的快速发展和社会对轿车功能要求的不断提高，电子技术在轿车中得 到了广泛的应用。自8 0 年代末期以来，基于提高轿车安全性和舒适性等性能指标的轿车 功能控制系统的研究与开发方兴未艾，如轿车门锁集控系统( p o w e rl o c k s ) ，a b s 防抱死系 统，发动机控制系统( e n g i n e c o n t r o lu n i t ) ；车灯控制系统( l i g h t i n g ) ；空调控制系统 ( a i r - c o n d i t i o n s ) ；悬架系统( a c t i v es u s p e c t i o n s ) ；具有记忆功能的电控座椅( p o w e rs e a t s ) ，电 动门窗( p o w e rw i n d o w s ) ；安全气囊( a i r b a g ) 等。但是，它们在轿车中同时共存，各自独立，驾 驶者必须通过各种仪表和按键实旋分离操作。这无疑增加了驾驶者的操作难度和误操作 概率，也需要驾驶者掌握许多复杂的控制技能和熟练的经验知识，这反而会影响轿车的 安全性和舒适性。这些电子设备的大量应用，必然导致车身布线愈长愈复杂、运行可靠 性降低、故障维修难度增大。特别是电子控制单元的大量引入，为了提高信号的利用率， 要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号 也需要实时交换，传统的通信方式已远远不能满足这种需求。 在下面的图例中，我们可以看出，在传统的系统中，这些e c u 之间的通信是非常繁琐的 费用也是非常昂贵的。而且随着汽车电子的飞速发展，汽车中的智能系统也会越来越多 随着系统复杂程度的提高，使用专用线路交换数据将变得更加困难且造价昂贵。同时，由于 缺少空间，因而电子控制单元( e c u ) 及布线都不能再增加。针对上述问题，就选择了网络 技术，在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上，开发出了各种适用于汽车环境 的汽车网络技术。采用can 网络将能满足节约大量电缆的需要。所以参考国外汽车电 子技术的发展。我们采取了一种新型的通信技术，即c o n t r o l l c ra r e an e t w o r k , 简称c a n ， 控制局域网技术。 图1 在采用了c a n 总线通信方式下，汽车内部的控制系统之间的通信如图2 所示。我们能看 出，采用了c a n 总线通信方式以后，大大地简化了汽车内部的布线结构，而且这是个 开放的结构，新增加的智能节点可以直接外挂在上面，而系统不必做其他的改动。 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 图2 早在1 9 6 8 年，美国的艾塞库斯就提出了利用单线传输多路信号的构想，由于受当 时微电子技术水平的限制而未能如愿。8 0 年代末，搏世公司和英特公司研制了专门用于 汽车电器系统的总线c a n 规范，但因c a n 总线要求每个端1 2 都需有单独的通讯处理能 力，这在当时的汽车电器系统中很难办到。进入9 0 年代，由于集成电路技术和电子功 率器件制造技术的迅速发展，用廉价的微处理芯片和信号识别芯片作为总线通讯接口 端，采用总线技术控制汽车电器，从技术上、价格上逐渐进入了实用化阶段。 在国外，众多国际知名汽车公司早在8 0 年代就积极致力于汽车网络技术的研究及 应用。迄今为止，已有多种网络标准，如专门用于卡车和客车上的s a e 的j 1 9 3 9 、德国 大众的a b u s 、博世的c a n 、美国商用机器的a u t o c a n 、i s o 的v a n 、马自达的 p a l m n e t 等。 在国内，c a n 总线技术在轿车上的应用几乎还是一个空白。国内批量生产的车多属 于中低档轿车，如上海大众的桑塔纳系列，一汽的捷达和奥迪以及神龙的富康等，这些 轿车上没有进行网络化设计。但最近国内各个汽车公司从国外引进的新车型中电子含量 大大提高，且都装备了不同规模的汽车电器网络，这些车型有通用别克公司的皇朝 ( r e g a l ) ，世纪( c e n t u r y ) ，大众公司的帕萨特( p a s s a t ) ，奥迪( a 6 ) 等。这些轿车中已 基本具有电子控制和网络功能，排放和其他指标达到了一定的要求。但卡车和客车在这 方面却远未能满足排放法规的要求。计划到2 0 0 6 年，北京地区的卡车和客车的排放要 满足欧标准。因此，为了满足日益严格的排放法规，逐步与国际汽车行业接轨，载 货卡车和客车中也必须引入计算机及控制技术。采用控制器局域网和国际公认标准协议 j 1 9 3 9 来搭建网络并完成数据传输以实现汽车内部电子单元的网络化是一种迫切的需要 也是必然的发展趋势。 2 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 2 现场总线概述 现场总线( f i e l d b u s ) 是8 0 年代末、9 0 年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、 制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网 络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。 它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、 控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成 为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。现场总线设备 的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、 容错能力强、安全性好、成本低的特点；具有一定的时间确定性和较高的实时性要求； 还具有网络负载稳定。多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。 现场总线技术其中有较强实力和影响的有：f o u d a f i o nf i e l d b u s ( f f ) 、l o n w o r k s 、 p r o f i b u s 、h a r t 、c a n 、d u p l i n e 等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己 的优势。 2 1 基金会现场总线 基金会现场总线，即f o u d a t i o nf i e l d b u s ，简称f f ，这是在过程自动化领域得到广泛支 持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国f i s h e r - r o u s e m o u m 公司为首，联合 f o x b o r o 、横河、a b b 、西门子等8 0 家公司制订的i s p 协议和以h o n e y w e l l 公司为首，联 合欧洲等地的1 5 0 家公司制订的w o r d f i p 协议。屈于用户的压力，这两大集团于1 9 9 4 年 9 月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以 i s o o s i 开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为阡通信模型的 相应层次，并在应用层上增加了用户层。基金会现场总线分低速h l 和高速h 2 两种通信 速率。h 1 的传输速率为3 1 2 5 k b p s ，通信距离可达1 9 0 0 m ( 可加中继器延长) ，可支持总线供 电，支持本质安全防爆环境。h 2 的传输速率为1 m b p s 和25 m b p s 两种，其通信距离为 7 5 0 m 和5 0 0 m 。物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合i e c l 15 8 - 2 标 准。 2 2l o n w o r k s l o n w o r k s 是由美国e c e l o n 公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1 9 9 0 年正式公布而形成的。它采用了i s o o s i 模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的 设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从3 0 0 b p s 至 1 5 m b p s 不等，直接通信距离可达到2 7 0 0 m ( 7 8 k b p s ，双绞线) ，支持双绞线、同轴电缆、光 纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用 控制网络。l o n w o r k s 技术所采用的l o n t a l k 协议被封装在称之为n e u r o n 的芯片中并得以 实现。集成芯片中有3 个8 位c p u ；一个用于完成开放互连模型中第1 2 层的功能，称 为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理；第二个用于完成第3 6 层的功 能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软 件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等；第三个是应用处理器，执行 操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现c p u 之间的信息传递， 并作为网络缓冲区和应用缓冲区。 2 _ 3p r o f i b u s 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 p r o f i b u s 是作为德国国家标准d i n1 9 2 4 5 和欧洲标准p r e n5 01 7 0 的现场总线。 i s o o s i 模型也是它的参考模型。d p 型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化 领域的应用。f m s 意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压 开关等一般自动化，而p a 型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从i e c1 5 8 2 标准。 p o r f i b u s 支持主一从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对 总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息， 得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主 站中循环一周的最长时间。按p r o f i b u s 的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序， 沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主一从方式，向从站发送或索取信 息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播( 不要求应答) ，或有选择地向一组站点 广播。p r o f i b u s 的传输速率为9 6 1 2 k b p s 最大传输距离在1 2 k b p s 时为1 0 0 0 m ，1 5 m b p s 时为4 0 0 m ，可用中继器延长至1 0 k m 。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多 可挂接1 2 7 个站点。 2 4 c a n c a n 是控制网络c o n t r o la r e an e t w o r k 的简称，最早由德国b o s c h 公司推出，用于汽 车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被i s o 国际标准组织制订为国 际标准，得到了m o t o r o l a 、i n t e l 、p h i l i p s 、s i e m e n s 、n e c 等公司的支持，已广泛应用在 离散控制领域。c a n 协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过， 其模型结构只有3 层，只取o s l 底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号 传输介质为双绞线，通信速率最高可达1 m b p s 4 0 m ，直接传输距离最远可达10 k m k b p s ， 可挂接设备最多可达l l o 个。c a n 的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切 断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗于扰能 力。 2 5 h a r t h a r t 是h i g h w a y a d d r e s s a b l er e m o t et r a n s d u e r 的缩写。最早由r o s e m o u t 公司开发并得 到8 0 多家著名仪表公司的支持，于1 9 9 3 年成立了h a r t 通信基金会。这种被称为可寻 址远程传感高速通道的开放通信协议，其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信， 属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时 期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。 h a r t 通信模型由3 层组成：物理层、数据链路层和应用层。物理层采用 f s k ( f r e q u e n c y s h i r k e y i n g ) 技术在4 2 0 m a 模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采 用b e l l 2 0 2 国际标准；数据传输速率为1 2 0 0 b p s ，。数据链路层用于按h a r t 通信协议规则 建立h a r t 信息格式。其信息构成包括开头码、显示终端与现场设备地址、字节数、现 场设备状态与通信状态、数据、奇偶校验等。其数据字节结构为1 个起始位，8 个数据位， 1 个奇偶校验位，1 个终止位。应用层的作用在于使h a r t 指令付诸实现，即把通信状态 转换成相应的信息。h a r t 支持点对点主从应答方式和多点广播方式。最大传输距离 3 0 0 0 m 4 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 1 控制器局域网技术规范和通信原理 1 1 引言 控制器局域网( c a n c o n t r o l l e r a r e a n e t w o r k ) 是种很高保密性，有效支持分布式 控制或实时控制的串行通信网络。c a n 的应用范围遍及从高速网络到低成本底多线路网 络。在自动化电子领域，发动机控制部件，传感器，抗滑系统等应用中，c a n 的位速率 可高达1 m b p s 。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电气系统中，如：灯光聚束，电 气窗口等等可以替代所需要的硬件连接。c a n 技术规范的目的是使任意两个c a n 执行 过程达到兼容。然而，兼容性具有众多的不同方面，如：电气特性和被传感数据的表示 方法。 c a n 中的总线数值为两种互补逻辑数值之一：显性和隐性。显性( “d a m i n a n t ”) 数 值表示逻辑0 ，而隐性( “r e c c e s s i v e ”) 表示逻辑l 。显性和隐性位同时发送时，最后总 线数值为显性。在隐性状态下，v c a n - h 和v c a n l 被固定于平均电压电平，v 衄近似为0 。 在总线空闲或隐性位期间，发送隐性状态，显性状态以大于最小阙值的差分电压表示。 如图所示。在显性位期间，显性状态改写隐性状态并发送。 平均电压电平u 、再广 1l 。 图1 总线位的数值表示 ( e x p r e s s i o n t h eb u sb i t ) c a n 系统内两个任意节点之间的最大传输距离与其位速率有关。 1 2c a n 网络结构 间t 1 2 1c a n 的分层结构 c a n 遵循o s i 模型，按照o s i 基准模型，c a n 结构划分为两层：数据链路层和物理层。 如图二所示。按照i e e e 8 0 2 2 和8 0 2 3 标准，数据链路层又划分为： 一逻辑链路控制( l l c - l o g i cl i n kc o n t r 0 1 ) ； 一媒体访问控制( m a c m e d i u m a c c e s sc o n t r 0 1 ) 物理层又划分为： 一物理信令( p l s p h y s i c a ls i g n a l l i n g ) ； 一物理媒体附属装置( p m a p h y s i c a lm e d i u m a t t a c h m e n t ) ； 一媒体相关接口( m d i m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e ) m a c 子层运行借助称之为“故障界定实体( f c e ) ”的管理实体进行监控。故障界定是 薹王竺型璺塑! 塑皇丝苤苎垫童! ! 型望堡! 鱼堕堡生 使判别短暂干扰和永久性故障成为可能的一种自检机制。物理层可借助检测和管理物理 媒体故障实体进行控制( 例如总线短路或中断，总线故障管理) 。l l c 和m a c 两个同等 的协议实体通过交换帧或协议数据单元( p d u p r o t o c o lc o n t r o li n f o r m a t i o n ) 和用户数 据组成。 图2 c a n 的分层结构 ( t h ed e l a m i n a t i o ns t r u c t u r eo f c a n ) 1 2 2 逻辑链路控制( l l c ) 子层 l l c 子层的功能包括：帧接收滤波，超载通告和恢复管理。 1 2 2 1 帧接收滤波：在l l c 子层上开始的帧跃变是独立的，其自身操作与先前的帧跃 变无关。帧的内容由标识符命名。标识符并不能指明帧的目的地，但描述数据的含义， 每个接收器通过帧接收滤波确定此帧与其是否有关。 1 2 2 2 超载通告：如果接收器内部条件要求延迟下一个l l c 数据帧或l l c 远程帧，则 通过l l c 子层开始发送超载帧。最多可产生两个超载帧，以延迟下个数据帧或远程帧。 1 2 2 3 恢复管理：发送期间，对于丢失仲裁或被错误干扰的帧，l l c 子层具有自动重发 送功能。在发送成功完成前，帧发送服务不被用户认可。 1 2 3 媒体访问控制( m a c ) 子层 6 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 m a c 子层的功能由i e e e 8 0 2 3 中规定的功能模型描述，如图三所示。在此模型中将m a c 子层划分为完全独立工作的两个部分，即发送部分和接收部分，此二部分的功能如下： 发送部分功能包括： 1 2 3 1 发送数据封装； 一接收l l c 帧并接口控制信息； 一c r c 循环计算： 一通过向l l c 帧附加s o f ，r t r 位，保留位，c r c ，a c k 和e o f 构造m a c 帧； 1 2 3 2 发送媒体访问管理； 确认总线空闲后，开始发送过程( 通过帧间空闲应答) ： 一m a c 帧串行化； 一插入填充位( 位填充) ； 一在丢失仲裁情况下，退出仲裁并转入接收方式； 一错误检测( 监控，格式校验) ； 一应答校验； 一确认超载条件； 一构造超载帧并开始发送； 一构造出错帧并开始发送： 一输出串行位流至物理层准备发送； 1 ，2 3 3 接收部分功能包括： 一接收媒体访问管理； 一由物理层接收串行位流； 一解除串行结构并重新构筑帧结构； 一检测填充位； 一错误检测( c r c ，格式校验，填充规则校验) ； 一发送应答； 一构造错误帧并开始发送； 一确认超载条件； 。 一重激活超载帧结构并开始发送； 一接收数据封装； 一由接收帧去除m a c 特定信息； 一输出l l c 帧和接口控制信息至l l c 子层： 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 i if t c 早屡 l 对l l c 子层访问 发送数据封装接收数据拆装 上下 发送媒体访问管理 接收媒体访问管理 对物理层接口访问 + 发送数据鳃码接收数据解码 图3 媒体访问控制功能 ( t h ef u n c t i o no f m e d i u m a c c e s $ c o n t r 0 1 ) 1 3 报文传送及其帧类型 在进行数据传输时，发出报文的单元称之为该报文的发送器。该单元在总线空闲或该 单元丢失仲裁场前恒为发送器。若一个单元不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态， 则称该单元为接收器。 对于报文的发送器和接收器，报文的实际有效时点是不同的，对于发送器而言，如果直 到帧结束末尾一直未出错，则对于发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先权 自动重新发送。为了能同其他报文访问总线进行竞争，总线一旦空闲重新发送立即开始， 对于接收器而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，则对于接收器报文有效。 构成一帧的帧起始，仲裁场，控制场，数据场和c r c 序列均借助位填充规则进行编码。 当发送器在被发送的位流中检测到五位连续的相同数值时，将自动地在实际地发送位流 中插入一个补码位。 数据帧或远程帧( c r c 界定符，应答场和帧结束) 的其余位场采用固定格式，不进行 填充。出错帧和超载帧同样是固定格式，并且也不用位填充方法编码。 报文中的位流按照非规零( n r z - n o n e ，r e t u r n - t o z e r o ) 码方法编码，这意味着一个完 整的位，其电平要么是显性，要么是隐性。 报文传送由四个不同类型的帧表示和控制，数据帧携带数据由发送器至接收器，远程 帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由通过检测发送总 线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧或远程帧之间的附近延 迟。 数据帧和远程帧借助帧间空间同当前帧分离开。 13 1 数据帧 数据帧由7 个不同的位场组成：即帧起始，仲裁场，数据场，c r c 场，应答场，帧结 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 束。数据场长度可为0 。数据帧组成如图所示。 1 | 3 1 1 帧起始 帧起始( s o f s t a r to ff r a m e ) 标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显性位构成。 只在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所以站必须都同步与首先开始发送的那 个站的帧起始前沿。 1 3 1 2 仲裁场 对于标准格式和扩展格式仲裁场的格式不同。在标准格式中，仲裁场由1 1 位标识符和 远程发送请求位组成，标识符位为i d - 2 8 和i d 1 8 ，而在扩展格式中，仲裁场由2 9 位标 识符和替代远程请求( s r r - s u b s t i t u t er e m o t er e q u e s t ) 位，标识位和远程发送请求位组 成，标识符位为d 2 8 至i d 一0 。 为了区别标准格式和扩展格式，先前c a n 技术规范1 , 0 版本中的位r l 现在记为i d e 位。标识符分为标准格式标识符和扩展格式标识符。标准格式标识符的长度为1 1 位，并 且对应于扩展形式中的基本i d 。这些位以i d 一2 8 至i d 1 8 的顺序发送，最低位为i d 1 8 ， 其中最高7 位( i d 2 2 ) 必须不是全隐性，而扩展格式标识符与标准格式不同扩展格式由 2 9 位组成，这种格式分为两部分：1 1 位基本的m 和1 8 位扩展的i d r t r 位( 标准格式和扩展格式) 在数据帧中，r t r 位必须时显性电平，而在远程帧中， r t r 位必须时隐性电平。在扩展格式中，先发送基本i d ，其后是i d e 位和s r r 位。扩 展i d 在s r r 位后发送。 s r r 位( 扩展格式) s r r 位为隐性位。在扩展格式中，它在标准格式的r t r 位位置 上被发送，并替代标准格式中的r t r 位。这样，标准格式和扩展格式的冲突由于扩展格 式的基本i d 与标准格式的m 相同而解决。因此，标准格式较之扩展格式更为流行。 i d e 位( 扩展格式) i d e 位对于扩展格式属于仲裁场，对于标准格式属于控制场。i d e 在标准格式中以显性位发送。而在扩展格式中为隐性位。 1 3 1 _ 3 控制场( 标准格式和控制格式) 控制场由6 位组成。标准格式和扩展格式的控制场格式不同。在标准格式中，一帧包 括数据长度码，发送显性电平的i e d 位和保留位r 0 。在扩展格式中，一帧包括数据长 度码和两个保留位r o 和r l ，这两个保留位必须发送显性电平但是在全部组合中，接收 器认可显性和隐性位的所有组合。标准格式和扩展格式的控制场如图所示。 数据长度码( d l c d a t a - l e n g t h - c o d e 标准格式和扩展格式) 数据场的自己数目由数据长度指出。数据长度码为4 位，在控制场中被发送。数据字 节允许使用的数日为，0 到8 ，不能使用其他数值。 1 3 1 4 数据场 数据场由数据帧中被发送的数据组成，它可以包括从0 到8 字节，每个字节包括8 位， 其中首先发送最高有效位。 1 3 1 5 c r c 场包括c r c 序列，后随c r c 界定符 c r c 序列由循环冗余码求得的帧检测序列最适用于位数小于1 2 7 ( b c h 码) 的帧。 为实现c r c 计算被除的多项式系数由包括帧起始，仲裁场控制场，数据场在内的 无填充位流给出，其1 5 个最低位的系数为0 。将此多项式被发生器产生的下列多项式( 系 数为模2 运算) ： x i s + x 1 4 + x i o + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 + l 9 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 该多项式除法的余数即为发向总线的c r c 序列。为完成此功能，可以使用一个1 5 位 移位寄存器c r c r g ( 1 4 ：0 ) 。若以n x t b i t 标记该位流的下一位，它由从帧起始直至数 据场结束的没有填充位的序列给定。c r c 序列被计算如下： c r c r g = 0 r e p e a t c r q o 订爿叼订b i te x o r c r c r g - ( 1 4 ) ； c r c r g ( 1 4 ：n = c r c - r g ( 1 3 ：0 ) ； c r c g g ( 0 ) = 0 ： i fc r c n x tt h e n c r c r g ( 1 4 ：0 ) = c r c - r g - ( 1 4 ：0 ) e x o r ( 4 5 9 9 h 、 e n d i f u n t i l ( c r c 序列开始或存在一个出错状态) 1 3 1 6 应答场( 标准格式和扩展格式) 应答场为两位，包括应答间隙和应答界定符。在应答场中发送站送出两个隐性位。一 个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙期间，将此信息通过传送一个显性位报 告给发送器。 所有接收到匹配c r c 序列的站，通过在应答间隙内把显性位写入发送器的隐性位来报 告。应答界定符是应答场的第二位，并且必须是隐性位，因此，应答间隙被两个隐性位 ( c r c 界定符和应答界定符) 包围。 1 - 3 1 7 帧结束 每个数据帧和远程帧均由7 个隐性位组成的标志序列界定。 1 3 2 远程帧 激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数据的发送。远 程帧存在标准的和扩展的两种格式。在两种情况下，均由6 个不同的位场组成：帧起始， 仲裁场，控制场，c r c 场，应答场，和帧结束。同数据帧相反，远程帧的r t r 位是隐 性。远程帧不存在数据场，d l c 的数据值是独立的，它可以被标注位允许范围0 到8 种 的任何值。这一数值对应数据帧的d l c r t r 位极性指出所发送帧是数据帧( r t r 位为显性) ，还是远程帧( r t r 位为隐性) 。 1 3 3 出错帧 出错帧由两个不同的场组成，第一个场来自各站的错误标志叠加得到，后随的第二个 场是出错界定符。 为了正确地终止出错帧，一种错误认可节点可以使总线处于总线空闲状态至少三位时 间( 如果在错误认可接收器存在本地错误) ，因而总线不被加载至1 0 0 。 错误标志有两种形式：一种使活动错误标志( a c t i v e e r r o rf l a g ) ，另一种使认可错误标 志( p a s s i v ee r r o rf l a g ) 。活动错误标志由6 个连续地显性位组成，而认可错误标志由6 个连续地隐性位组成，除非它由来自其他节点的显性位冲掉重写。 一个检测到出错条件的错误激活站通过发送一个活动错误标志进行标注。这一出错标 注形式违背适用于由帧起始至c r c 界定符所有场的填充规则，或者破坏了应答场或帧结 束场的固定格式。因此，其他站将检测到出错条件，并且开始有他们的部界发送出错标 志。这样，在总线上被监视的显性位序列实际上由各个单独站发送的不同出错标志叠加 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 形成。该序列的总长度在最小值6 和最大值1 2 位之间变化。 一个检测到出错条件的错误认可站试图发送一个认可错误标志进行标注。该错误认可 站自认可错误标志为起点等待6 个相同极性的连续位。当检测到6 个相同位后，认可错 误标志即告完成。 出错界定符包括8 个隐性位。错误标志发送后，每个站都送出隐性位，并监视总线， 直到检测出隐性位。此后，开始发送剩余的7 个隐性位。 1 3 4 超载帧 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标志的超载条件类型：一个是要求延迟下一个时间帧或申请帧 的接收器的内部条件；而另一个是在间歇场的第一和第二位上检测到显性位，若一个 c a n 节点在出错节点符或超载界定符的第8 位( 最后一位) 采样到一个显性位，它将开 始发送超载帧( 不是出错帧) 。错误计数器将不再增量。 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的第一位时间开始，而由 后面超载条件引起的超载帧在检测到显性位后一位开始。在大多数情况下，为延迟下一 次数据帧或远程帧，两种超载帧均可产生。 超载标志由6 个显性位组成。全部形式对应于活动错误标志形式。超载标志形式破坏 了间隙场的固定形式。因此，所有其他站都将检测到一个超载条件，并且由他们的部件 开始发送超载标志。在间隙场第三位期间检测到显性位的情况下，则将此理解为帧起始。 超载界定符由8 个隐性位组成。超载界定符于出错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到由显性到隐性位的发送。在此时点上，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多于剩余的隐性位。 1 3 5 帧间空间 数据帧和远程帧同其前面的帧，不管他们是何种帧，均可以称之为帧间空间地位场分 隔开。相反，在超载帧和出错帧前面没有帧间空间，并且多个超载帧前面也不被帧间空 间分隔。 帧间空间包括间隙场和总线空闲场，对于前面已经发送报文的错误认可站还有暂停发 送场。 间歇场由三个隐性位组成。间歇期间，其仅起标注超载条件的作用，并且不允许启动 发送数据帧或远程帧。总线空闲场周期可为任意长度。此时，总线时开放的，因而任何 需要发送的站均可访问总线。在其他报文发送期间，暂被挂起的待发送报文，紧随间歇 场从第一位开始。检测到总线站的显性位将被理解为帧起始。 暂停发送场是在错误认可站发完一个报文后，在开始下一次报文发送或认可总线空闲 之前，它紧随间歇场后送出8 个隐性位，如果其间开始一次发送，本站将变为报文接收 器。 1 4 媒体访问和仲裁 当检测到间歇场未被显性位中断后，认为总线被所有节点释放，总线一旦释放，“错误 激活”节点可以访问总线。总线一旦释放，接收当前或先前帧的“错误认可”节点可以 访问总线。一旦完成暂停的发送，并且其间没有其他节点开始发送，发送当前帧或已发 送完成先前帧的“错误认可”节点可以访问总线。当允许节点访问总线是，m a c 数据 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 帧和m a c 远程帧可以开始发送。发送期间，发送数据帧或远程帧的每个节点均为总线 主站。 当许多节点一起开始发送时，此时只有发送具有最高优先权帧的节点变成总线主站。 这种解决总线访问冲突的机理是基于竞争的仲裁。仲裁期间，每个发送器将发送位电平 同总线上监测到的电平进行比较。若相等，则节点可以继续发送。当送出一个隐性电平， 而监测到的位显性电平时，表明节点丢失仲裁，并且不再送更多的位。当送出显性电平， 而监测到隐性电平时，表明节点检测出位错误， 基于竞争的仲裁依靠标识符和紧随其后的r t r 位完成。具有不同标识符的帧中，优先 权被标注于帧中，较高优先权的标识符具有较低的二进制数值。若具有相同标识符的数 据帧和远程帧同时被初始化，数据帧较之远程帧具有较高优先权，它通过按照r t r 位数 值标注达到。 除仅当总线释放时，可以启动发送这一原则外，还存在解决冲突的下列原则： ( 1 ) 在一个系统内，每条信息必须标以唯一的标识符： ( 2 ) 具有给定标识符和非零d l c 的数据帧仅可由一个节点启动； ( 3 ) 远程帧仅可以全系统内确定的d l c 发送，该数据长度码为对于数据码的d l c 。 具有相同标识符和不同d l c 远程帧的同时发送将导致不能解决的冲突。 1 5 错误检测 m a c 子层具有下列错误检测功能：监测，填充规则校验，帧检测，1 s 位循环冗余码 校验和应答校验。 1 5 1 错误类型 1 5 1 1 位错误 正在向总线送出一位的节点同时在监测总线。当监测到的位数值与送出的位数值不同 时，则监测到位错误。其中例外情况是：在仲裁期间，当送出隐性信息位或a c k 隙期 间送出隐性位时，而检测到显性位不导致位错误，送出认可错误标志，而检测到显性位 的节点不将其理解为位错误。 1 5 ，1 | 2 填充错误 在使用位填充方法进行编码的帧场中，出现第六个连续相同电平位的位时，则检测至 填充错误。 1 5 1 3c r c 错误 c r c 序列由发送器的c r c 计算结果构成。接收器以发送器相同的发送计算c r c 。当 所计算的c r c 序列不等于接收到的序歹u 时。则检测到c r c 错误。 1 5 1 4 形式错误 当固定格式位场含有一个或更多非法位时，则检测到形式错误。其中例外是：接收器 在帧结束的最后位监测到显性位时，不将其理解为形式错误， 1 5i ，5 应答错误 在发送器a c k 隙期间未监测到显性位时，则检测到一个应答错误 当检测到以上这些错误之一，l l c 子层即被告知，并且，m a c 子层启动发送错误标 志。 当任何节点检测到位错误，填充错误，形式错误，或应答错误时，由各子节点在下一 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 位启动发送错误标志。当检测到c r c 错误时，错误帧在紧随a c k 界定符后的那位起始 发送，除非另一个错误条件的错误帧已经准备好启动。 1 5 2 错误节点规则 网络中的任何一个节点，根据其错误计数器数值，可能处于下列三种状态之一： 1 5 2 1 “错误一激活”节点：一个“错误一激活”节点可以正常参与总线通信，并在 检测到错误时，发送一个活动错误标志。活动错误标志由6 个连续显性位组成，并且遵 守位填充规则和在规定帧中出现的所有固定格式。 1 5 2 2 “错误一认可”节点：一个“错误认可”节点不应发送活动错误标志。它参 与总线通信，但在检测到错误时，发送一个认可错误标志，认可错误标志由6 个连续的 隐性位组成。发送后，“错误一认可”节点在开始迸一步发送前将等待一段时间。 1 5 2 3 “总线脱离”节点：当一个节点由于请求故障界定实体而对总线处于关闭状态 时，其处于“总线脱离”状态，在“总线脱离”状态下。节点即不发送，也不接收任何 帧，只有应用请求，节点才能解脱“总线脱离“状态。 为进行错误界定，在总线上的每个单元中都设置有两种计数器，发送错误计数器和 接收错误计数器。错误计数器按照下列规则进行修正( 在给定帧发送期间，可应用不止 一个规则) 。 ( 1 ) 接收器检测到一个错误，接收错误计数器将加1 ，除非在送出活动错误标志或 超载标志期间，节点到的错误为位错误。 ( 2 ) 接收器检测到一个显性位作为错误标志后的第一位，接收错误计数器将加8 。 ( 3 ) 当发送器送出一个错误标志，发送错误计数器加8 。有两种例外情况，一种是 若发送器为“错误一认可”。由于未检测到显性应答而检测到应答错误，并且送 出其认可错误标志时，未检测到显性位：另种是若由于仲裁期间发生的填充 错误，填充位在r t r 位以前发送器送出隐性错误标志，但送出隐性位，而监测 到显性位。在这两种情况下，发送计数器仍然不变。 ( 4 ) 在送出活动错误标志或超载标志时，若发送器检测到位错误，则发送错误计数 器加8 。 ( 5 ) 在送出活动错误标志或超载标志时，若接收器检测到位错误则接收错误计数器 加8 。 ( 6 ) 在送出活动错误标志，认可错误标志或超载标志后，任何节点容许多至7 个连 续的显性位。检测到1 4 个连续的显性位后，或在认可错误标志后检测到第8 个连续的显性和每个附加的第8 个连续的显性位的序列后，每个发送器将其发 送错误计数器加8 ，而每个接收器将其接收错误计数器加8 。 ( 7 ) 成功发送一帧后( 得到应答并且直至帧结束完成，未检测到错误) ，发送错误计 数器减l ，除非其已为0 。 ( 8 ) 成功接收一帧后( 直至a c k 隙和成功送出a c k 位均无错误地接收) ，若其处 于1 到1 2 7 之间，接收错误计数器减l ：若接收错误计数器为0 ，其仍保持为0 。 若大于1 2 8 ，则被置为1 1 9 到1 2 7 之间地数值。 若节点的发送错误计数器或接收错误计数器超过1 2 7 ( 7 位接收错误计数器情况下的进 位条件) ，则监控器要求m a c 子层置相应节点位“错误一认可”状态。令节点变为“错 误一认可”的错误条件引起节点送出一个活动错误标志。当发送错误计数器均小于或等 基于c a n 总线下的电控柴油机多e c u 通信平台的设计 于1 2 7 时，“错误一认可”节点再次变为“错误一激活”，节点状态转换如图所示。 或 初始化( 正常模式请求) 和1 1 个连续 次 r e c ( 接收错误计数器) t e c ( 发送错误计数器) 图4 节点状态转换图 ( t h es t a t u sc h a n g eo f n o d e ) 若节点的发送错误计数器或接收错误器大于2 5 5 ( 8 位发送错误计数器情况下的进位条 件) ，则监控器要求物理层置节点为“脱离总线”状态。“脱离总线”状态不允许对总线 有任何影响。它不应送任何帧，也不送应答，错误帧，超载帧。此类节点能否由总线接 收帧取决于执行情况。处于“脱离总线”的节点，在监测到总线上出现1 2 8 次1