汽车总线—chapter2_CAN

1、School of Electrical and Information汽车总线应用技术第二章第二章 汽车总线技术原理汽车总线技术原理黄爱蓉School of Electrical and Information本章主要内容本章主要内容q2.1 CAN总线原理与应用总线原理与应用nCAN总线的发展历程总线的发展历程n汽车行业应用情况汽车行业应用情况nCAN工作原理工作原理nCAN结构与报文结构与报文nCAN功能功能n实例分析实例分析q2.2 LIN 总线原理与应用总线原理与应用nLIN的主要技术特点的主要技术特点nLIN的通信任务和报文帧类型的通信任务和报文帧类型nLIN的报文通信的报文通信n

2、LIN的应用的应用School of Electrical and Information2.1 CAN总线原理与应用总线原理与应用n2.1.1 CAN总线的发展历程总线的发展历程 q1983年年BOSCH开始研究车上网络技术开始研究车上网络技术 q1986年年BOSCH在在SAE大会公布大会公布CAN协议协议 q1987年年Intel和和Philips先后推出先后推出CAN控制器芯片控制器芯片 q1991年年BOSCH颁布颁布CAN2.0技术规范，技术规范，CAN2.0包括包括A和和B两两个部分个部分 q1991年第一辆应用年第一辆应用CAN的量产车出现：的量产车出现：Mercedes S-

3、Class q1993年年CAN成为成为ISO标准（标准（ISO11898） q1994年年SAE颁布基于颁布基于CAN的的J1939标准标准 q2003年年Maybach发布带发布带76个个ECU的新车型的新车型 q2004年年VW发布带发布带35个个ECU的的Golf汽车汽车 q未来，部分未来，部分CAN的网络将给的网络将给FlexRay取代，但是取代，但是CAN在未来在未来还将是流行的标准网络协议。还将是流行的标准网络协议。School of Electrical and Information2.1.2 CAN总线在汽车网络上的应用总线在汽车网络上的应用q国外国外 n2004年以来，新

4、车型几乎年以来，新车型几乎100%使用使用CAN总线，所有车型平均使用总线，所有车型平均使用 率超过率超过90%。n欧洲汽车制造商：欧洲汽车制造商：q动力系统的通信采用基于动力系统的通信采用基于CAN的、传输速率在的、传输速率在125kb/s1Mb/s的的ISO 11898-1、 ISO 11898-2；q车身网络采用基于车身网络采用基于CAN的多路系统，速率小于的多路系统，速率小于125kb/s的的ISO 11898-3的的低速容错收发器；低速容错收发器；qISO 11898-4 对于时间触发通信规则对于时间触发通信规则TTCAN的规则可满足的规则可满足X-by-Wire系系统。统。q车载多

5、媒体网络采用车载多媒体网络采用IDC-C( Intelligent Data Bus-CAN),School of Electrical and Information2.1.2 CAN总线在汽车网络上的应用总线在汽车网络上的应用q基于基于CAN的汽车网络的汽车网络 School of Electrical and Information2.1.2 CAN总线在汽车网络上的应用总线在汽车网络上的应用nCAN在汽车中各系统的应用情况在汽车中各系统的应用情况CAN数据总线是控制单元间的一种数据传递形式。它连接各个控数据总线是控制单元间的一种数据传递形式。它连接各个控制单元形成一个完整的系统。一个控

6、制单元从整个系统中获得制单元形成一个完整的系统。一个控制单元从整个系统中获得的信息越多，那么它协调其身的功能会更好。下图是的信息越多，那么它协调其身的功能会更好。下图是CAN总线总线在汽车中动力系统与舒适系统的示意。在汽车中动力系统与舒适系统的示意。 动力系统和车身系统主要通过动力系统和车身系统主要通过CAN网络连接的控制单元。网络连接的控制单元。q动力系统部分主要连接：动动力系统部分主要连接：动机控制单元、自动变速箱控机控制单元、自动变速箱控制单元、制单元、ABS控制单元控制单元q舒适系统部分主要连接：中舒适系统部分主要连接：中央控制系统、车门控制系统央控制系统、车门控制系统School o

7、f Electrical and Information2.1.2 CAN总线在汽车网络上的应用总线在汽车网络上的应用q国内国内n具体车型举例：具体车型举例： Passsat 1.8T 2005款，在款，在ECU、ABS、组合仪表、安全气囊、组合仪表、安全气囊ECU中中使用了高速使用了高速CAN。 雪铁龙凯旋使用雪铁龙凯旋使用CAN和和LIN结合方式。结合方式。n应用协议应用协议q卡车：卡车：SAE J1939 q轿车：各汽车厂的专用标准，比如轿车：各汽车厂的专用标准，比如GMLAN、FNOS、VAG等等 School of Electrical and InformationCAN的传输介质

8、的传输介质nCANCAN总线采用的是的总线采用的是的双绞线双绞线，总线接口能在及其恶劣的环境下工作；，总线接口能在及其恶劣的环境下工作；n1993年颁布的同际标准年颁布的同际标准ISOll898对基于双绞线的对基于双绞线的CAN总线传输介质特性总线传输介质特性做出了建议做出了建议:即使是双绞线中的一根断路，或一根接地，甚至两根线短接，即使是双绞线中的一根断路，或一根接地，甚至两根线短接，总线都必须能继续工作总线都必须能继续工作。n下图为基于下图为基于can总线控制器总线控制器SJA1000和总线驱动器和总线驱动器PCA82C250的的CAN双双绞线传输网络结构图。绞线传输网络结构图。CAN控制

9、器CAN总线驱动器School of Electrical and InformationCAN的传输介质的传输介质q双绞线传输双绞线传输q优点：优点：技术上容易实现，造价低廉；技术上容易实现，造价低廉；理论上节点数无限制，对环境电磁辐射有一定抑制能力。理论上节点数无限制，对环境电磁辐射有一定抑制能力。q缺点：缺点：随着频率的增长，双绞线线对的随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增大衰减迅速增大；双绞线还有所谓近端串扰，双绞线还有所谓近端串扰， 即在即在“发送线对发送线对”和和“接收线对接收线对”之间之间仔在电磁耦合干扰。仔在电磁耦合干扰。 双绞线的传输速率受距离限制比较大。双绞线的传输速率受

10、距离限制比较大。School of Electrical and InformationCAN的传输介质的传输介质nCANCAN总线的最高速率可达总线的最高速率可达1Mbps1Mbps，任意两个节点间的最大传输距离与，任意两个节点间的最大传输距离与位速率的关系：位速率的关系：School of Electrical and InformationCAN的传输介质的传输介质nCAN总线传输介质总线传输介质 q光纤传输：光纤传输：CAN协议支持光纤作为传输介质协议支持光纤作为传输介质q优点：优点：光纤作为传输介质，在光纤作为传输介质，在抗干扰性、传输容量、速率抗干扰性、传输容量、速率等方面具有等方

11、面具有许多比双绞线优良的特性。因此，在某些环境恶劣、地理分布许多比双绞线优良的特性。因此，在某些环境恶劣、地理分布范围较广、速率要求较高的范围较广、速率要求较高的can总线系统中。总线系统中。q存在的问题：存在的问题：由于由于can总线网络一般采用总线型结构，并且其总线仲裁采取的总线网络一般采用总线型结构，并且其总线仲裁采取的是具有优先级的非破坏性是具有优先级的非破坏性CSMA(载波侦听多路访问载波侦听多路访问)，而，而光纤信光纤信号的传输则是单向的号的传输则是单向的，因此最简单实用的方法是在某些，因此最简单实用的方法是在某些总线支总线支路路上采用光纤介质，上采用光纤介质， 整个整个can网络

12、为双绞线和光纤两种传输介质网络为双绞线和光纤两种传输介质混合使用的方式。混合使用的方式。School of Electrical and InformationCAN的传输介质的传输介质nCAN总线传输介质总线传输介质 q光纤传输：光纤传输：CAN协议支持光纤作为传输介质协议支持光纤作为传输介质School of Electrical and InformationCAN的传输介质的传输介质qCAN数据总线的数据传输终端数据总线的数据传输终端数据传输终端是一个电阻器。阻止数据在传输终了被反射回来，数据传输终端是一个电阻器。阻止数据在传输终了被反射回来，而产生的反射波破坏数据。一般数据传输终端为

13、而产生的反射波破坏数据。一般数据传输终端为120欧的电阻欧的电阻（实际应用中采用两个（实际应用中采用两个62欧的电阻和电容）。欧的电阻和电容）。120欧的作用是防欧的作用是防止信号产生回路，影响正常信号止信号产生回路，影响正常信号通常通常CAN信号使用差分传送：信号使用差分传送：逻辑逻辑1：CAN_H =CAN_L = 2.5V左右，也称为左右，也称为隐性隐性；逻辑逻辑0： CAN_H = 3.5V; CAN_L = 1.5V,即即CAN_H 比比CAN_L高高表示逻辑表示逻辑0，称为，称为显性显性。School of Electrical and InformationCAN总线的特点总线的

14、特点nCANCAN的数据传输系统基本特点的数据传输系统基本特点q总线访问采用基于优先权的总线访问采用基于优先权的多主方式多主方式n多主方式：多主方式：q任任意节点发送的数据信息意节点发送的数据信息不包含不包含发送节点和接受节点的物理地址，信息的内容通发送节点和接受节点的物理地址，信息的内容通过一个过一个标识符标识符做标记，在整个网络中，该标识符是唯一的。网络中的其他节点在做标记，在整个网络中，该标识符是唯一的。网络中的其他节点在收到该信息后，每一个节点都对该标识符进行检测，判断是否与自己有关，有关，收到该信息后，每一个节点都对该标识符进行检测，判断是否与自己有关，有关，接收处理，否则忽略。接收

15、处理，否则忽略。n标识符决定信息的优先级别：标识符越小，优先级别越高；标识符决定信息的优先级别：标识符越小，优先级别越高；q非破坏性的基于线路竞争的仲裁机制。非破坏性的基于线路竞争的仲裁机制。nCANCAN的总线访问方法：的总线访问方法：qCSMA/CD(带有冲突检测的载波监听多路访问带有冲突检测的载波监听多路访问) )的总线访问方法；的总线访问方法；n若存在冲突，若存在冲突，CANCAN采用采用无破坏性仲裁机制无破坏性仲裁机制解决；解决；nCANCAN编码采用编码采用NRZNRZ, ,数据位可以具有两种互补的逻辑值：数据位可以具有两种互补的逻辑值：q显性：逻辑显性：逻辑0 0；q隐性：逻辑隐

16、性：逻辑1.1.n总线按照总线按照线与机制线与机制对总线上任意潜在的冲突进行仲裁对总线上任意潜在的冲突进行仲裁这样有什么好处？理论上CAN节点数可以无限制增加两个节点同两个节点同时发送，一时发送，一个是个是0，一个，一个是是1，结果怎，结果怎样？样？显性电平覆盖隐性电平School of Electrical and InformationCAN总线的特点总线的特点nCANCAN的数据传输系统基本特点的数据传输系统基本特点q利用接收滤波对帧实现了多点传送。利用接收滤波对帧实现了多点传送。n接收器是否接收信息是建立在一种成为接收器是否接收信息是建立在一种成为帧接收滤波帧接收滤波的处理方法上，该方

17、法的处理方法上，该方法能判断接收到的信息是否和接收器有关能判断接收到的信息是否和接收器有关q支持远程请求。支持远程请求。CANCAN帧中有远程帧帧中有远程帧q配置灵活。配置灵活。nCANCAN网络中增加节点时，若新节点不是任何数据帧的发送器，或该节点根本网络中增加节点时，若新节点不是任何数据帧的发送器，或该节点根本不需要接收额外追加发送的数据，则网络中所有的节点均不作软硬件调整。不需要接收额外追加发送的数据，则网络中所有的节点均不作软硬件调整。School of Electrical and InformationCAN总线的特点总线的特点nCANCAN的数据传输系统基本特点的数据传输系统基本

18、特点q有检测和出错通报功能。具有多种检测错误的措施：有检测和出错通报功能。具有多种检测错误的措施：n位检测、位检测、15CRC15CRC、位填充、帧校验、位填充、帧校验q仲裁失败、或传输期间被故障损坏了的帧能自动重发。仲裁失败、或传输期间被故障损坏了的帧能自动重发。n任何正常接收和发送数据的节点都能对出现错误的帧标记，并通报；任何正常接收和发送数据的节点都能对出现错误的帧标记，并通报；n这些帧会立即被放弃；这些帧会立即被放弃；n在等待一个在等待一个恢复时间恢复时间后适时重发。后适时重发。n恢复时间：从检测到错误开始到可以着手发送下一个帧为止的时间；恢复时间：从检测到错误开始到可以着手发送下一个

19、帧为止的时间；q恢复时间一般占恢复时间一般占17231723个位时间；严重干扰时恢复时间占到个位时间；严重干扰时恢复时间占到2929个位时间。个位时间。School of Electrical and InformationCAN总线的特点总线的特点nCANCAN的数据传输系统基本特点的数据传输系统基本特点q能区分节点的临时故障和永久故障，并能自动断开故障节点。能区分节点的临时故障和永久故障，并能自动断开故障节点。n通常情况下，通常情况下，CANCAN节点有三种状态：节点有三种状态：q错误错误- -激活激活q错误错误- -认可认可q错误错误- -离线离线可以参与总线通信活动，可以在检测到错误时

20、送出可以参与总线通信活动，可以在检测到错误时送出活活动错误标志动错误标志，连续，连续6个显性位构成。个显性位构成。处于该状态的节点不能送出活动错误标致，可以参与处于该状态的节点不能送出活动错误标致，可以参与总线通信活动，在检测到错误时送出总线通信活动，在检测到错误时送出认可错误标志认可错误标志，连续连续6个隐性位构成。个隐性位构成。节点因故障界定实体的要求而从总线上断开后就进入节点因故障界定实体的要求而从总线上断开后就进入离线状态离线状态，处于该状态的节点无法发送、接收任何帧，处于该状态的节点无法发送、接收任何帧，只有在用户请求才能是该节点结束离线状态。只有在用户请求才能是该节点结束离线状态。

21、School of Electrical and Information2.1.3 CAN工作原理工作原理nCAN 总线数据传递原理总线数据传递原理qCAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议。一个电话用户（控数据总线中的数据传递就像一个电话会议。一个电话用户（控制单元）将制单元）将数据数据“讲讲”入网络入网络中，其他用户通过中，其他用户通过网络网络“接听接听”这个这个数据数据。对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则悬着。对这个数据感兴趣的用户就会利用数据，而其他用户则悬着忽略。忽略。nCAN数据总线的设备构成与作用数据总线的设备构成与作用q控制器控制器接收接收在控制单元中的微处理器

22、中数据，在控制单元中的微处理器中数据， 处理处理数据并传给数据并传给CAN收收发器。同时，控制器接收收发器的数据，处理并传给微处理器。发器。同时，控制器接收收发器的数据，处理并传给微处理器。q收发器收发器一个发送器和接收器组合成为一个发送器和接收器组合成为收发器收发器。 它将它将CAN控制器提供的控制器提供的数据转化为电信号并通过数据线发送出去。同时，它接收数据，数据转化为电信号并通过数据线发送出去。同时，它接收数据，并将数据传到并将数据传到CAN控制器。控制器。School of Electrical and Information2.1.3 CAN工作原理工作原理nCAN数据总线的设备构成

23、与作用数据总线的设备构成与作用q数据传输终端数据传输终端数据传输终端是一个电阻器。阻止数据在传输终了被反射回来，数据传输终端是一个电阻器。阻止数据在传输终了被反射回来，而产生的反射波破坏数据。一般数据传输终端为而产生的反射波破坏数据。一般数据传输终端为120欧的电阻欧的电阻（实际应用中采用两个（实际应用中采用两个62欧的电阻和电容）。欧的电阻和电容）。q数据传递线数据传递线CAN总线的传输介质，用以传输数据的双向数据线。双绞线总线的传输介质，用以传输数据的双向数据线。双绞线（分为（分为CAN高位数据线和低位数据线）或者光纤。高位数据线和低位数据线）或者光纤。School of Electric

24、al and Information2.1.3 CAN工作原理工作原理n数据传递流程图数据传递流程图控制单元向控制单元向CANCAN控制器提控制器提供需发送的数据供需发送的数据CANCAN收发器接受由收发器接受由CANCAN控制器传控制器传来的数据，转为电信号并发送来的数据，转为电信号并发送CANCAN系统中，所有控制单元系统中，所有控制单元转换成接收器。转换成接收器。控制单元检查判断所接收的控制单元检查判断所接收的数据是否是所需要的数据。数据是否是所需要的数据。School of Electrical and Information2.1.3 CAN工作原理工作原理n数据传递过程实例图数据传

25、递过程实例图School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文qCAN的分层结构的分层结构n为使设计透明和执行灵活，遵循为使设计透明和执行灵活，遵循ISOOSI标准模型，标准模型，CAN分分为为数据链路层数据链路层（包括（包括逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLC和和媒体访问控制子媒体访问控制子层层MAC）和）和物理层物理层n而在而在CAN技术规范技术规范2.0A的版本中，数据链路层的的版本中，数据链路层的LLC和和MAC子子层的服务和功能被描述为层的服务和功能被描述为“目标层目标层”和和“传送层传送层” 。nCAN的分层结构和功能如

26、图所示。的分层结构和功能如图所示。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文-CAN的分层结构的分层结构qCANCAN节点的分层结构节点的分层结构n为使设计透明和执行灵活，遵循为使设计透明和执行灵活，遵循ISOISOOSIOSI标准模型，标准模型，nCANCAN分为分为物理层物理层和和数据链路层数据链路层（包括逻辑链路控制子层（包括逻辑链路控制子层LLCLLC和媒和媒体访问控制子层体访问控制子层MACMAC） 。nCANCAN的分层结构和功能如图所示的分层结构和功能如图所示。LLCMACLLC子层子层报文滤波报文滤波、确认报文

27、被接收，并为恢复、确认报文被接收，并为恢复管理和通知超载管理和通知超载提供报文提供报文。MAC子层是子层是CAN协议的核心，功能主要是协议的核心，功能主要是封装封装/拆装已接收的数据、拆装已接收的数据、执行仲裁、错误检测、出错执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定等。标定和故障界定等。MAC层可以分成独立工作层可以分成独立工作的两个子部分，即发送部分和接收部分。的两个子部分，即发送部分和接收部分。物理层实现物理层实现ECU与总线相连的电路，位编解码、与总线相连的电路，位编解码、位定时和同步。位定时和同步。School of Electrical and Information2.1.4 CAN

28、结构与报文结构与报文-CAN的分层结构的分层结构qCANCAN节点的分层结构节点的分层结构n媒体访问子层（媒体访问子层（MAC)MAC)发送数据封装：发送数据封装：n接收接收LLC帧、帧、nCRC循环计算、循环计算、n通过向通过向LLC帧附加帧附加SOF、RTR、保留位、保留位、CRC、ACK、EOF构造构造MAC帧帧发送介质访问管理：发送介质访问管理：确认总线空闲后，开始发送；确认总线空闲后，开始发送；MAC帧串行化；帧串行化；插入位填充；插入位填充；错误检测（监控、格式校验）；错误检测（监控、格式校验）；应答校验；应答校验；确认超载条件；确认超载条件；构造超载帧并发送；构造超载帧并发送；构

29、造出错帧发送；构造出错帧发送；输出串行位流到物理层准备发送输出串行位流到物理层准备发送School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文-CAN的分层结构的分层结构qCANCAN节点的分层结构节点的分层结构n媒体访问子层（媒体访问子层（MAC)MAC)接收数据拆分：接收数据拆分：n从接收帧中去掉从接收帧中去掉MAC特定的信息；特定的信息；n输出输出LLC帧和接口控制信息到帧和接口控制信息到LLC层层接收介质访问管理：接收介质访问管理：从物理层接收串行位流；从物理层接收串行位流；解除串行结构并构造解除串行结构并构造MAC帧结构；帧结构；

30、检测位填充（解除位填充）；检测位填充（解除位填充）；错误检测（监控、格式校验）；错误检测（监控、格式校验）；错误检测（错误检测（CRC、格式校验、填充、格式校验、填充规则校验）；规则校验）；发送应答；发送应答；构造错误帧并开始发送；构造错误帧并开始发送；确认超载条件；确认超载条件；重激活超载帧结构并开始发送重激活超载帧结构并开始发送School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文-CAN的分层结构的分层结构qCANCAN节点的分层结构节点的分层结构n物理层物理层组成：组成：n物理信令（物理信令（PLS);n物理介质附件（物理介质附件

31、（PMA）;n介质附属接口（介质附属接口（MDI)School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文-CAN的分层结构的分层结构qCAN节点的分层结构和功能节点的分层结构和功能LLCMAC能区分短期干扰和永久故障的自校验机制检测并管理物理介质故障（总线短路、中断）的实体School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文CAN报文结构报文结构qCAN接收器和发送器接收器和发送器n发送器：发送器：q在进行数据传送时，发出报文的单元称之为该报文的在进行数据传送时，发出报文的单元称之

32、为该报文的发送器发送器。该单。该单元在元在总线空闲总线空闲或或丢失仲裁前丢失仲裁前恒为发送器。恒为发送器。n接收器：接收器：q如果一个单元不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该单如果一个单元不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该单元为元为接收器接收器。 q报文：报文：报文报文是网络中是网络中交换交换与与传输传输的的数据单元，数据单元，也称为也称为消息帧消息帧。q说明：以下讲到的消息帧是说明：以下讲到的消息帧是MACMAC层帧格式。层帧格式。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文CAN的消息帧格式的消息帧格式n标

33、准帧格式格式：n扩展帧格式格式：在标准格式中为显性电平(0)，在扩展格式中为隐性电平(1)q帧的结构帧的结构标准帧标准帧扩展帧扩展帧CAN2.0 ACAN2.0 BSchool of Electrical and InformationCAN的消息帧格式的消息帧格式q帧的结构帧的结构RTR: 远程传输请求位远程传输请求位，在数据帧结构中，在数据帧结构中RTR为显性电平（为显性电平（0），在远程），在远程帧中，为隐性电平（帧中，为隐性电平（1）SRR: 替代传输请求位，替代传输请求位，在扩展格式中始终为隐性位（在扩展格式中始终为隐性位（1）IDE: 标识符扩展位，标识符扩展位，在扩展格式中为隐性

34、电平在扩展格式中为隐性电平(1)School of Electrical and InformationCAN的消息帧格式的消息帧格式nCAN消息帧分两类：消息帧分两类：q标准帧格式（标准帧格式（CAN2.0A):School of Electrical and InformationCAN的消息帧格式的消息帧格式nCAN消息帧分两类：消息帧分两类：q扩展帧格式（扩展帧格式（CAN2.0B):School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文CAN报文结构报文结构qCAN消息帧的分类消息帧的分类v根据用途不同，有根据用途不同，有4种不

35、同的帧类型种不同的帧类型 School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧q数据帧的组成数据帧的组成n数据帧由数据帧由7 7个不同的位场组成：个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据帧起始、仲裁场、控制场、数据场、场、 CRCCRC场、应答场和帧结束场、应答场和帧结束。n数据场长度可为数据场长度可为0 0。n帧起始（帧起始（Start OF FRAME,SOF):标志标志数据帧和远程帧数据帧和远程帧的起始，的起始，它仅它仅由由1个显位组成个显位组成。只有在总线处于空闲状态时，才允许站开。只有在总线处于空闲状态时，才

36、允许站开始发送。始发送。q所有站都所有站都必须同步于必须同步于首先开始发送的那个节点的帧首先开始发送的那个节点的帧起始前沿起始前沿。q带有大约带有大约5伏电压（由系统决定）的伏电压（由系统决定）的1位，被送入位，被送入CAN_H高位传输高位传输线，带有大约线，带有大约0伏电压的伏电压的1位被送入位被送入CAN_L传输线。传输线。 帧起始帧起始仲裁场仲裁场控制场控制场数据场数据场CRC场场 应答场应答场帧结束帧结束School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧q数据帧数据帧q仲裁场：判定数据中的优先权仲裁场：判定数据中的

37、优先权n组成：组成：q在标准格式中，仲裁场由在标准格式中，仲裁场由11为标识符和为标识符和RTR位组成；位组成；q在扩展格式中，仲裁场由在扩展格式中，仲裁场由29为标识符和为标识符和SRR(替代传输请求替代传输请求)位、标位、标识识扩展位扩展位位、位、RTR组成。组成。n标识符：标识符的位以标识符：标识符的位以从高位到低位从高位到低位的顺序发送，最低位是的顺序发送，最低位是ID.0。其中最高。其中最高7位（位（ID.10ID.4）不能全是隐性。）不能全是隐性。nRTR位在数据帧里必须为显性，而在远程帧里必须为隐性。位在数据帧里必须为显性，而在远程帧里必须为隐性。School of Electr

38、ical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧q数据帧数据帧q仲裁场仲裁场nIDE位（标识符扩展位）：只有在扩展帧当中存在，位（标识符扩展位）：只有在扩展帧当中存在，IDE为为隐性隐性电平电平。School of Electrical and InformationCAN的消息帧的消息帧仲裁场仲裁场仲裁场判定数据中的优先权，仲裁场判定数据中的优先权， 由于由于CAN总线状态取决于总线状态取决于 “0”而不是而不是“1”，故，故报文报文IDID小，优先级别高小，优先级别高举例说明，如果多个控制单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优举例说明，如果多

39、个控制单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送。先权的控制单元，优先发送。节点节点A节点节点B节点节点CSchool of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧q仲裁场：仲裁场：School of Electrical and InformationCAN的消息帧的消息帧q帧的结构帧的结构-仲裁场仲裁场1、远程帧与数据帧发送冲突，谁的优先级别高？、远程帧与数据帧发送冲突，谁的优先级别高？2、标准帧与扩展帧的冲突时，谁的优先级别高？、标准帧与扩展帧的冲突时，谁的优先级别高？数据帧优先级别高于远程帧；数据

40、帧优先级别高于远程帧；标准帧的优先级别高于扩展帧标准帧的优先级别高于扩展帧School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧n控制场控制场q控制场由控制场由6位位组成，控制场包括组成，控制场包括数据长度码数据长度码(DCL)和和两个保留两个保留位位，这两个保留位必须为显性位。，这两个保留位必须为显性位。指出了数据场里的字节数目。数据长度码为指出了数据场里的字节数目。数据长度码为4位，控制场里发送。数据长度码中数据字节数目编码，数据位，控制场里发送。数据长度码中数据字节数目编码，数据字节的允许使用数目为字节的允许使用数目为0

41、8，不能使用其他数值。，不能使用其他数值。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧n控制场控制场qDLC与实际的与实际的数据长度的关系数据长度的关系数据字数据字节数目节数目DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧nCRC（循环冗余码）场（循环冗余码）场qCRC（循环冗余码）场包括（循环冗余码）场包括CRC序

42、列（序列（15bit）和）和CRC界定符界定符(DEL，1bit)。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧nCRC（循环冗余码）场（循环冗余码）场qCRC（循环冗余码）计算：（循环冗余码）计算：n被除数多项式包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场，无填充位。被除数多项式包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场，无填充位。n除数多项式：除数多项式：X15 + X14 + X10 +X8 +X7 + X4 + X3 +1nCRC序列为上述除法运算的余数。序列为上述除法运算的余数。School of Electrical an

43、d InformationCRC循环冗余校验循环冗余校验n简单例子：简单例子：q被除数多项式：被除数多项式：nX9 +X8 +X6 + X4 + X3 + X1 +1n1101011011q除数多项式除数多项式nX4 + X1 +1 n10011School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧n应答场应答场n应答场（应答场（ACK）为两位，包含）为两位，包含应答间隙应答间隙和和应答界定符应答界定符，如图，如图n在应答场中，发送器发送在应答场中，发送器发送两个隐性位两个隐性位。n一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙

44、，将此报文通过发送一个一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此报文通过发送一个显位显位报告给发送器。报告给发送器。n所有接收到匹配所有接收到匹配CRCCRC序列的站，通过在应答间隙内把显性写入发送器的隐性序列的站，通过在应答间隙内把显性写入发送器的隐性位来报告。位来报告。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文数据帧数据帧q帧结束：帧结束：n每个数据帧和远程帧均由每个数据帧和远程帧均由7个隐位组成个隐位组成的标志序列界定。的标志序列界定。School of Electrical and Information2.1

45、.4 CAN结构与报文结构与报文远程帧远程帧q远程帧远程帧n接收数据的节点接收数据的节点可以可以通过发送一个远程帧来要求源节点发送数通过发送一个远程帧来要求源节点发送数据。据。n远程帧由远程帧由 6 个不同分位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、个不同分位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC 场、场、 应答场和帧结束。应答场和帧结束。n同数据帧相反，远程帧的同数据帧相反，远程帧的 RTR 位是隐位。位是隐位。n远程帧不存在数据场。远程帧不存在数据场。相同ID的数据帧优先于远程帧School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文出错帧出错

46、帧q出错出错帧帧n由两个不同场组成，由两个不同场组成，q第一个场由来自各节点的第一个场由来自各节点的出错标志出错标志叠加而成；叠加而成；q第二个场为第二个场为错误界定符错误界定符。n出错标记有两类：出错标记有两类：q活动错误标志：由活动错误标志：由6个连续的个连续的显性位显性位组成；组成；q认可错误标志：由认可错误标志：由6个连续的个连续的隐性位隐性位构成，可被来自其他节点的显性位构成，可被来自其他节点的显性位改写。改写。6068School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文出错帧出错帧q出错出错帧帧n接收节点发现总线上的报文有错

47、误时将会自动发出接收节点发现总线上的报文有错误时将会自动发出活动错误标标志活动错误标标志（6个连续显性位）个连续显性位）。其他节点检测到活动错误标志位后发送。其他节点检测到活动错误标志位后发送错误错误认可标志（认可标志（6个连续隐性位）个连续隐性位）n由于各节点发现错误的时间不同，所以总线上实际的错误标志可能由于各节点发现错误的时间不同，所以总线上实际的错误标志可能由由612个显性位构成。个显性位构成。n错误标志传送了以后，每一站就发送错误标志传送了以后，每一站就发送“隐性隐性”的位并一直监视总线的位并一直监视总线直到检测出一个直到检测出一个“隐性隐性”的位为止。然后就开始发送其余的位为止。然

48、后就开始发送其余 7 个个“隐隐性性”位位活动错误标志活动错误标志错误认可标志错误认可标志School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文超载帧超载帧q超载帧超载帧 n超载帧包括两个位场：超载帧包括两个位场：超载标志超载标志和和超载界定超载界定。q超载标志由超载标志由6位显性位位显性位组成；超载界定符由组成；超载界定符由8个连续的隐性位组成。个连续的隐性位组成。n有三种过载的情况，这三种情况都会引发过载标志的传送：有三种过载的情况，这三种情况都会引发过载标志的传送： q1. 接收器的内部情况（此接收器对于下一数据帧或远程帧需要有一接

49、收器的内部情况（此接收器对于下一数据帧或远程帧需要有一延时）。延时）。 q2. 在间歇的第一和第二字节检测到一个在间歇的第一和第二字节检测到一个“显性显性”位。位。 q3. 如果如果 CAN 节点在错误界定符或过载界定符的第节点在错误界定符或过载界定符的第 8 位（最后一位）位（最后一位）采样到一个显性位，节点会发送一个过载帧（不是错误帧）采样到一个显性位，节点会发送一个过载帧（不是错误帧） 。错误。错误计数器不会增加。计数器不会增加。 School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文帧间空间帧间空间 n帧间空间帧间空间 n数据帧数

50、据帧和和远程帧远程帧均以一种称为均以一种称为帧间空间帧间空间的位场与先前各种类型的帧的位场与先前各种类型的帧（数据帧、（数据帧、远程帧、出错帧或超载帧）远程帧、出错帧或超载帧）相分隔。相分隔。n相反，在超载帧和出错帧前面没有相反，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帧间空间，并且多个超载帧前面也不被帧间空间分隔。也不被帧间空间分隔。n帧间空间帧间空间组成组成q包括包括帧帧间歇场间歇场(ITM)、总线空闲场总线空闲场(bus idle)、以及暂停发送位等场构成，、以及暂停发送位等场构成，q其中其中暂停发送暂停发送只用于错误认可状态下的节点刚完成发送动作的场合。只用于错误认可状态

51、下的节点刚完成发送动作的场合。用于处于错误认可状态的节点刚完成发送动作的场合用于处于错误认可状态的节点刚完成发送动作的场合用于节点处于非错误认可状态或刚完成接收动作的场合用于节点处于非错误认可状态或刚完成接收动作的场合School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文帧间空间帧间空间 帧间空间帧间空间报文传送的帧报文传送的帧q间歇场间歇场n间歇场由间歇场由 3 个隐位组成个隐位组成。间歇期间，不允许启动发送数据帧或远程帧。间歇期间，不允许启动发送数据帧或远程帧。唯一可以执行的操作是通报超载状态。唯一可以执行的操作是通报超载状态。q总线

52、空闲总线空闲n总线空闲时间总线空闲时间长短不限长短不限。总线一经确认处于空闲状态，则任何节点都。总线一经确认处于空闲状态，则任何节点都可以访问总线来传送信息。可以访问总线来传送信息。n因另一帧正在传送而延期发送的帧是因另一帧正在传送而延期发送的帧是从间歇后的第一位开始送出从间歇后的第一位开始送出。n通过对总线检测，出现在总线空闲期间的通过对总线检测，出现在总线空闲期间的显性位显性位被认为是帧起始。被认为是帧起始。q暂停发送暂停发送n处于错误认可状态的节点完成其发送动作后，在被容许发送下一帧以处于错误认可状态的节点完成其发送动作后，在被容许发送下一帧以前，它要在间歇之后送出前，它要在间歇之后送出

53、8个隐性位。个隐性位。n若间歇期间，另外一个节点执行了发送动作，则本节点将会变成正在若间歇期间，另外一个节点执行了发送动作，则本节点将会变成正在发送帧的接收器。发送帧的接收器。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文CAN报文报文编码编码qCAN总线消息帧编码说明总线消息帧编码说明n构成一消息帧的构成一消息帧的、和和均借均借助助位填充位填充规则进行编码，以减少传送过程中的出错。规则进行编码，以减少传送过程中的出错。n当发送器在发送的位流中检测到当发送器在发送的位流中检测到5 5位连续的相同数值位连续的相同数值时，将自动时，将

54、自动地在实际发送的位流中地在实际发送的位流中插入一个补码位插入一个补码位。和和的的其余其余位场（位场（CRCCRC界定符、界定符、ACKACK场、帧结束）采用场、帧结束）采用固定格式，固定格式，不进行填充不进行填充。和和同样是固定格式，也不进行位填充。同样是固定格式，也不进行位填充。 n报文中的位流按照报文中的位流按照非归零（非归零（NRZNRZ）码）码方法编码，这意味着一个完方法编码，这意味着一个完整位的位电平要么是显性，要么是隐性。整位的位电平要么是显性，要么是隐性。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文CAN报文报文

55、编码编码qCAN总线消息帧编码总线消息帧编码填充位也被当成总线数据位处理School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文错误类型错误类型n发送部分发送部分q位错误：位错误：向总线送出一位的某个单元同时也在监视总线，向总线送出一位的某个单元同时也在监视总线，当监视到总线当监视到总线 位数值与送出的位数值不同时，则在该位时刻位数值与送出的位数值不同时，则在该位时刻检测到一个位错误。检测到一个位错误。n例外情况是，例外情况是，q 在在仲裁场的填充位流期间仲裁场的填充位流期间或或应答间隙应答间隙送出隐位而检测到显位时，不送出隐位而检测到显位

56、时，不视为位错误。视为位错误。 q送出送出认可错误认可错误标志标志的发送器，在检测到显位时，也不视为位错误。的发送器，在检测到显位时，也不视为位错误。q应答错误应答错误:在应答间隙，发送器未检测到显位时，则由它检在应答间隙，发送器未检测到显位时，则由它检出一个应答出一个应答 错误。错误。为什么？为什么？School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文错误类型错误类型n接受部分接受部分 q填充错误：填充错误：在应使用位填充在应使用位填充方式方式进行编码的报文中，出现了第进行编码的报文中，出现了第 6 个连续个连续 相同的位电平时，将检

57、出一个位填充错误。相同的位电平时，将检出一个位填充错误。qCRC 错误：错误：CRC 序列是由发送器序列是由发送器 CRC 计算的结果组成的。接收计算的结果组成的。接收器以与器以与 发送器相同的方法计算发送器相同的方法计算 CRC。如计算结果与接收到的。如计算结果与接收到的 CRC 序列不相同，则检出一个序列不相同，则检出一个 CRC 错误。错误。q形式错误：形式错误：当固定形式的位场中出现一个或多个非法位时，则检当固定形式的位场中出现一个或多个非法位时，则检出一个形式错误。出一个形式错误。School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构

58、与报文错误类型错误类型n出错标记的发送出错标记的发送n检测到出错条件的节点通过发送错误标志进行标定。当任何站检检测到出错条件的节点通过发送错误标志进行标定。当任何站检出位错误、出位错误、 填充错误，形式错误或应答错误时，由该站在下一位填充错误，形式错误或应答错误时，由该站在下一位开始发送出错标志。开始发送出错标志。n当检测到当检测到 CRC 错误时，出错标志在错误时，出错标志在应答界定符后面应答界定符后面那一位开始那一位开始发送，除非发送，除非 其他出错条件的已经错误标志开始发送。其他出错条件的已经错误标志开始发送。School of Electrical and Information2.1

59、.4 CAN结构与报文结构与报文故障界定故障界定q故障故障界定界定n区别临时错误和永久故障的方法区别临时错误和永久故障的方法q故障界定的目的故障界定的目的n防止连续发生错误的节点干涉无错节点之间的通信，实现数据传输系统即使在节点发生故障的情况下也能维持很高的可用性。q故障界定策略故障界定策略q各个CAN节点配备了： 发送错误计数器（TEC） 接收错误计数器（REC）School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文故障界定故障界定q故障界定策略故障界定策略q各个各个CAN节点配备了：节点配备了： 发送错误计数器（发送错误计数器（TEC

60、） 接收错误计数器（接收错误计数器（REC）q故障界定状态故障界定状态n节点处于以下模式：节点处于以下模式： 此时此时:n正常模式正常模式 TEC = REC = 0n主动错误模式主动错误模式 TEC 128和和REC = 128或或REC = 128n总线脱离模式总线脱离模式 TEC 255School of Electrical and Information2.1.4 CAN结构与报文结构与报文故障界定故障界定q如果一个节点处于下列模式：如果一个节点处于下列模式：q正常模式或主动错误模式（错误正常模式或主动错误模式（错误-激活）激活）n 正常参与总线通信n 检测到错误时发送活动错误标记发