1、物理层物理层（physicallayer）涉及到通信在信道上传输

1、物理层

物理层（physicallayer）涉及到通信在信道上传输的原始比特流。设计上必须保证一方发出二进制“1”另一方收到的也是“1”而不是“0”。这里的典型问题是：（1）用多少伏电压表示“1”，多少伏电压表示“0”；（2）一个比特持续多少微秒；（3）传输是否在两个方向上同时进行；（4）最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；（5）网络接插件有多少针以及各针的用途。这里的设计主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。12、数据链路层

数据链路层（datalinklayer）的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。发送方把输入数据分装在数据帧（dataframe）里（典型的帧为几百字节或几千字节），按顺序传送各帧，并处理接收方回送的确认帧（acknowledgementframe）。因为物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心它的意义和结构，所以只能依赖各链路层来产生和识别帧边界。可以通过在帧的前面和后面附加上特殊的二进制编码模式来达到这一目的。如果这些二进制编码偶然在数据中出现，则必须采取特殊措施以避免混淆。2

数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和重复所出现的问题。传输线路上突发的噪声干扰可能把帧完全破坏掉。在这种情况下，发送方机器上的数据链路软件必须重传该帧。然而，相同帧的多次重传也可能使收方收到重复帧，比如接收方给发送方的确认帧丢失以后，就可能收到重复帧。

数据链路层要解决的另一个问题（在大多数层上也存在）是防止高速的发送方的数据把低速的接收方“淹没”。因此需要有某种流量调节机制，使发送方知道当前接收方还有多少缓存空间。通常流量调节和出错处理同时完成。3如果线路能用于双向传输数据，数据链路软件还必须解决新的麻烦，即从A到B数据帧的确认帧将同从B到A的数据帧竞争线路的使用权。

广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问。数据链路层的一个特殊的子层——介质访问子层，就是专门处理这个问题的。

43、网络层

网络层（networklayer）关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。路由既可以选用网络中固定的静态路由表，几乎保持不变，也可以在每一次会话开始时决定（例如通过终端对话决定），还可以根据当前网络的负载状况，高度灵活地为每一个分组决定路由。

如果在子网中同时出现过多的分组，它们将相互阻塞通路，形成瓶颈。此类拥塞控制也属于网络层的范围。因为拥有子网的人总是希望他们提供的子网服务能得到报酬，所以网络层常常设有记账功能。最低限度，软件必须对每一个顾客究竟发送了多少分组、多少字符或多少比特进行记数，以便于生成账单。当分组跨越国界时，由于双方税率可能不同，记账则更加复杂。

当分组不得不跨越一个网络以到达目的地时，新的问题又会产生。第二个网络的寻址方法可能和第一个网络完全不同；第二个网络可能由于分组太长而无法接收；两个网络使用的协议也可能不同等。网络层必须解决这些问题，以便异种网络能够互联。在广播网络中，选择路由问题很简单。因此网络层很弱，甚至不存在。54、传输层

传输层（transportlayer）的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误，而且，这些任务都必须高效率地完成。从某种意义上讲，传输层使会话层不受硬件技术变化的影响。除了将几个报文流多路复用到一条通道上，传输层还必须解决跨网络连接的建立和拆除。这需要某种命名机制，使机器内的进程可以讲明它希望与谁会话。另外，还需要一种机制以调节通信量，使高速主机不会发生过快地向低速主机传输数据的现象。这样的机制称为流量控制（flowcontrol），在传输层（同样在其它层）中扮演着关键角色。65、会话层

会话层（sessionlayer）允许不同机器上的用户建立会话（session）关系。一种与会话有关的服务是令牌管理（tokenmanag-ement）。另一种会话服务是同步（synchronization）。如果网络平均每小时出现一次大故障，而两台计算机之间要进行长达两小时的文件传输时该怎么办呢？每一次传输中途失败后，都不得不重新传输这个文件。而当网络再次出现故障时，又可能半途而废了。为了解决这个问题，会话层提供了一种方法，即在数据流中插入检查点。每次网络崩溃后，仅需要重传最后一个检查点以后的数据。76、表示层

表示层（presentationlayer）完成某些特定的功能，由于这些功能常被请求，因此人们希望找到通用的解决办法，而不是让每个用户来实现。值得一提的是，表示层以下的各层只关心可靠地传输比特流，而表示层关心的是所传输的信息的语法和语义。表示层服务的一个典型例子是用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。大多数用户程序之间并不是交换随机的比特流，而是诸如人名、日期、货币数量和发票之类的信息。这些对象是用字符串、整型、浮点数的形式，以及由几种简单类型组成的数据结构来表示的。不同的机器有不同的代码来表示字符串（如ASCII和Unicode）、整型（如二的反码和二的补码）等。87、应用层应用层（applicationlayer）包含大量人们普遍需要的协议。例如，世界上有成百种不兼容的终端型号。如果希望一个全屏幕编辑程序能工作在网络中许多不同的终端类型上，每个终端都有不同的屏幕格式、插入和删除文本的换码序列、光标移动等，其困难可想而知。解决这一问题的方法之一是定义一个抽象的网络虚拟终端（networkvirtualterminal），编辑程序和其它所有程序都面向该虚拟终端。而对每一种终端类型，都写一段软件来把网络虚拟终端映射到实际的终端。例如，当把虚拟终端的光标移到屏幕左上角时，该软件必须发出适当的命令使真正的终端的光标移动到同一位置。所有虚拟终端软件都位于应用层。另一个应用层功能是文件传输。不同的文件系统有不同的文件命名原则，文本行有不同的表示方式等。不同的系统之间传输文件所需处理的各种不兼容问题，也同样属于应用层的工作。此外还有电子邮件、远程作业输入、名录查询和其它各种通用和专用的功能。9第3章CAN总线

1、CAN总线的应用及技术特点；2、CAN总线的技术规范CAN2.0A和CAN2.0B（CAN技术规范是设计、开发和使用CAN总线节点/系统的前提和基础）；3、CAN总线的基本技术问题；4、独立CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口PCA82C250。103.1概述控制器局域网CAN是20世纪80年代德国Bosch公司为解决众多的测量控制部件之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信总线。在第1章中已指出，CAN已成为国际标准ISO11898和ISO11519。

CAN在汽车电子系统中得到了广泛应用，已成为世界汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）、ROLIS-ROYCE（劳斯莱斯）、JAGUAR（美洲豹）和MAZDA（马自达）等都已采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测及执行机构间的数据通信网络。11

CAN总线采用了许多新技术及独特的设计，与其他现场总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其技术特点如下:(1)CAN从本质上讲是一种多主或对等网络，网络上任一节点均可主动发送报文（报文能否发送到总线上取决于总线是否空闲和报文的优先级）。(2)废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据进行编码；通过报文过滤，可实现点对点、多点播送（多点传送）、广播等几种数据传送方式。(3)采用短帧结构（对于标准格式的数据帧，最短为44位，最长为108位（不计填充位）），传输时间短，受干扰概率低。(4)具有多种检错措施及相应的处理功能（位错误和位填充错误检测、CRC校验、报文格式检查和应答错误检测及相应的错误处理），检错效果极好，处理功能很强，保证了通信的高可靠性。(5)通信介质（媒体）可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。12(6)总线长度可达10km（速率为5kbps及其以下）；网络速度可达1Mbps（总线长度为40m及其以下）。(7)网络上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；标准格式的报文标识符（11位），而扩展格式的报文标识符（29位）的个数几乎不受限制。(8)通过报文标识符来定义节点报文的优先级。对于实时性要求不同的节点报文，可定义不同级别的优先级，从而保证高优先级的节点报文得到优先发送。(9)采用非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突，当多个节点同时开始向总线发送报文时，通过逐一比较发送位与监听到的位，发送较低优先级报文的节点会主动停止发送，而发送最高优先级报文的节点会不受任何影响地继续发送，从而使总线冲突仲裁时间降至最低。采用这种非破坏性逐位仲裁机制，即使在网络负载很重时，也不会出现网络瘫痪现象。(10)发生严重错误的节点具有自动关闭输出的功能，即从逻辑上自动脱离总线，以使总线上其他节点的通信能够继续进行。133.2CAN技术规范CAN技术规范包括A和B两部分。

2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式。随着串行通信进入更多应用领域，要求各种应用领域通信功能报文标识符标注的标准化，如果由原有11个标识符定义地址范围加以扩展，CAN对于这些应用服务将更加周到。因而，引入了第二种报文格式（扩展格式），它可以提供由29位定义的更大地址范围。

2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。143.2.1CAN技术规范2.0A3.2.1.1

CAN节点的分层结构CAN技术规范的目的是使任意两个CAN执行过程达到兼容。为使设计透明和执行灵活，CAN划分为不同层次：CAN对象层（ObjectLayer）、CAN传送层(TransferLayer)和物理层(PhysicalLayer)。

对象层和传送层包含由ISO/OSI模型定义的数据链路层的所有服务和功能。CAN节点的分层结构如图3-1所示。15CAN2.0A技术规范的范围是定义传送层和与CAN有关的外层。

传送层把接收到的报文呈现给对象层，并接受来自对象层的报文以便发送。传送层负责位定时和同步、报文成帧、仲裁、应答、错误检测和标注以及故障界定。它是CAN协议的核心。

对象层涉及报文过滤及状态和报文处理。

物理层定义信号怎样被实际发送。在这部分技术规范中未定义物理层，以便允许的发送媒体和信号电平为其应用而进行优化。16报文（Messages）以不同的固定格式而发送有限长度的信息。信息路由(InformationRouting)在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统配置的任何信息（例如站地址）。这里包含一些重要概念：系统灵活性（SystemFlexibility）——节点可添加到CAN网络上，而不要求任何节点的软件或硬件以及应用层有任何改变。报文路由(MessageRouting)——一个报文的内容由一个标识符ID命名。ID并不指明报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文过滤决定该数据是否由它们接收。多点传送（Multicast）——作为报文过滤概念的结果，任何数目的节点均可接收同一个报文，并且同时按该报文的要求作出响应。数据一致性(DataConsistency)——在CAN网络内，可以确保一个报文同时被所有节点或者没有节点接收。因此，系统的数据一致性是借助于多点传送概念和错误处理达到的。位速率(BitRate)CAN的数据传输速度在不同系统中是不同的。然而，在一个给定系统中，位速率是唯一的，并且是固定的。17优先权(Priorities)在总线访问期间，标识符ID为报文定义了一个静态的优先权。远程数据请求(RemoteDataRequest)通过发送一个远程帧，一个需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和相应的远程帧以相同的标识符ID命名。多主站(Multimaster)当总线开放时，任何单元均可开始发送一个报文。具有要发送的最高优先权报文的单元赢得总线访问权。仲裁(Arbitration)当总线开放时，任何单元均可开始发送一个报文，若有2个或更多的单元同时开始发送报文，总线访问冲突借助标识符ID进行逐位仲裁来解决。这种仲裁机制可以使信息和时间均无损失。若具有相同标识符ID的一个数据帧和一个远程帧同时启动，数据帧优先于远程帧。

仲裁期间，每一个发送器都将发送的位电平与在总线上监视到的电平进行比较。若相同，则该单元可以继续发送。当发送一个“隐性”电平（RecessiveLevel），而监视到一个“显性”电平（DominantLevel）时，该单元丢失仲裁，并且必须退出而不再发送后续位。18安全性(Safety)为获得尽可能高的数据传送安全性，在每个CAN节点中，均设有错误检测、标定和自检的强有力措施。为检测错误，采取的措施包括：监视（发送器对发送的位电平与总线上监视到的位电平进行比较）、循环冗余检验、位填充和报文格式检查。错误检测机制具有下列特性：所有全局性错误均可被检测；发送器的所有局部错误均可被检测；一个报文中的多达5个随机分布错误均可被检测；一个报文中长度小于15的突发性错误均可被检测；一个报文中的任何奇数个错误均可被检测。对于未检出的已损报文的剩余错误概率小于4.7×10-11。19错误标注和恢复时间(ErrorSignalingandRecoveryTime)已损报文由检出错误的任何节点进行标注。这样的报文将被丢弃，并自动进行重新发送。自检出错误至下一个报文开始发送的恢复时间，如果不存在新的错误，最多为29个位时间。故障界定(FaultConfinement)