第七章-CAN总线PPT课件

.,1,6/4/2020,计算机网络与通信,主讲：周光宇TEL：662470,.,2,第7章CAN总线技术,.,3,回顾,.,4,问题,一、简述CAN总线参考模型。二、简述CAN总线传输帧的类型，并阐述各自的作用。三、简述数据帧的组成，并找出其与远程帧的不同。四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。五、简述CAN总线报文的仲裁方式，与以太网报文仲裁有何不同？六、在CAN总线中采用了位填充编码，请问其意义？七、分析CANopen通信协议中定义的几种报文，找出哪些是必须的？并说明作用。八、一个CANopen设备的最小能力设备功能有哪些？为什么？九、在DeviceNet中通常使用CAN总线数据帧的哪个场来定义分类、实例、属性和服务？十、在DeviceNet中定义了哪些报文组？,.,5,问题,一、简述CAN总线参考模型。,CAN协议分层结构和功能,.,6,问题,二、简述CAN总线传输帧的类型，并阐述各自的作用。,.,7,问题,三、简述数据帧的组成，并找出其与远程帧的不同。,.,8,问题,四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。,物理层信号主要实现编码/解码、位定时和位同步等相关功能。,CAN(ControllerAreaNetwork)是有效支持分布式实时控制的串行通讯网络。从位定时的同步方式考虑，它实质上属于异步通讯协议，每传输一帧，以帧起始位开始，而以帧结束及随后的间歇场结束。这就要求收/发双方从帧起始位开始必须保持帧内信息代码中的每一位严格的同步。从位定时编码考虑，它采用的是非归零编码方式，位流传输不像差分码那样可以直接用电平的变化来代表同步信号，因此为保证同步质量，CAN协议定义了自己的位同步方式：硬同步和重同步。,.,9,问题,四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。,同步段是CAN总线位周期中每一位的起始部分。不管是发送节点发送一位还是接收节点接收一位都是从同步段开始的。但是由于发送节点和接收节点之间存在网络传输延迟以及物理接口延迟，发送节点发送一位之后，接收节点延迟一段时间才能接收到，因此，发送节点和接收节点对应同一位的同步段起始时刻就有一定的时延。,.,10,问题,四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。,传播延时段的设置就是要补偿该段时延的。CAN总线协议中的非破坏性仲裁机制以及帧内应答机制，都要求那些正在发送位流的发送节点能够同时接收来自其他发送节点的“显性位”(逻辑0)，否则就会使得仲裁无效或者应答错误。传播延迟段推迟那些可能较早采样总线位流的节点的采样点，保证由各个发送节点发送的位流到达总线上的所有节点之后才开始采样。,.,11,问题,四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。,硬同步强迫引起硬同步的跳变沿处于重新开始的位时间同步段之内。重同步的结果使相位缓冲段1增长，或使相位缓冲段2缩短。,.,12,问题,四、分析CAN总线的位定时与位同步原理。,硬同步和重新同步应遵循以下规则：在一个位时间里只允许一个同步；仅当采集点之前探测到的值与紧跟边沿之后出现的总线值不相符合时，才把沿用作于同步；总线空闲期间，有一“隐性”转变到“显性”的沿，无论何时，都会执行硬同步。符合规则1和规则2的所有从“隐性”转化为“显性”的跳变沿（和在低位速率情况下，选择的“显性”到“隐性”跳变沿）都被用作于重同步。有一例外情况，即当发送一“显性”位的节点不执行重新同步而导致一“隐性”转化为“显性”沿，此沿具有正的相位误差，不能用作于重新同步。,.,13,问题,五、简述CAN总线报文的仲裁方式，与以太网报文仲裁有何不同？,CAN总线的发送采用多主控制机制。在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息，最先访问总线的单元可获得发送权；在多个单元同时开始发送时，则对报文ID的优先级进行仲裁，发送低优先级ID报文的单元主动退出发送，发送高优先级ID报文的单元则可继续发送。在CAN协议中采用了由CSMA/CD发展而来的CAMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，载波监听多路访问/冲突避免)非破坏性仲裁技术。,.,14,问题,五、简述CAN总线报文的仲裁方式，与以太网报文仲裁有何不同？,只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用识别符的位形式仲裁可以解决这个冲突。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。,.,15,问题,五、简述CAN总线报文的仲裁方式，与以太网报文仲裁有何不同？,仲裁的机制确保信息和时间均不会损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。CAN总线采用非归零(NRZ)编码，所有节点以“线与”方式连接至总线。如果存在一个节点向总线传输逻辑0，则总线呈现逻辑0状态，而不管有多少个节点在发送逻辑1。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一“隐性”电平(逻辑1)而监测到一“显性”电平(逻辑0)，那么该单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。,.,16,问题,六、在CAN总线中采用了位填充编码，请问其意义？,位编码即位流编码，CAN规定：数据帧和远程帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场及CRC序列五部分均通过位填充的方法编码错误帧和过载帧并不通过位填充的方法进行编码CAN报文里的位流根据“不归零”（NRZ）方法来进行编码意义：当帧起始、仲裁场、控制场、数据场以及CRC序列均通过位填充的方法编码时，无论何时发送器只要检测到位流里有5个连续相同值的位便自动在位流里插入一补充位。因为如果在使用位填充法进行编码的信息中出现了第6个连续相同的位电平，将检测到一个填充错误，错误计数值加1。,物理层信号主要实现编码/解码、位定时和位同步等相关功能。,.,17,问题,七、分析CANopen通信协议中定义的几种报文，找出哪些是必须的？并说明作用。,COB=通信对象（消息帧）,指示(回复)设备,CANopenCOB,CAN帧,请求(确认)设备,隐性位,隐性位,显性位,CANopen协议栈,.,18,问题,七、分析CANopen通信协议中定义的几种报文，并说明作用。,CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）：网络管理报文NMT：主要有层管理，网络管理和ID分配服务：如初始化，配置和网络管理（包括：节点保护）。服务和协议符合CAL中的LMT，NMT和DBT服务部分。服务数据对象SDO：通过使用索引和子索引，SDO使客户机能够访问设备（服务器）对象字典中的项。过程数据对象PDO：用来传输实时数据，数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数据传送限制在1到8个字节。预定义报文或特殊功能对象：包括同步（SYNC）对象，紧急对象，时间戳对象。,.,19,问题,八、一个CANopen设备的最小能力设备功能有哪些？为什么？,.,20,问题,九、在DeviceNet中通常使用CAN总线数据帧的哪个场来定义分类、实例、属性和服务？,.,21,问题,九、在DeviceNet中通常使用CAN总线数据帧的哪个场来定义分类、实例、属性和服务？,DeviceNet定义了两种类型的报文：显式信息报文，显式信息报文用于DeviceNet网络中两个设备之间的一般性数据交换。显式报文通常使用低优先级的报文标识符。I/O信息报文，I/O信息报文用于在DeviceNet网络中传输应用和过程数据，它提供了一个报文