《现场总线技术及应用》课件7CAN总线

第一节CAN总线的性能特点

CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其主要特点如下：1、CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，节点间可以自由通信。2、CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，有效避免了总线冲突。

3、采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，传输时间短。4、每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。5、CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps。（此时通信距高最长为40m）。6、CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。7、CAN具有完善的通信协议。第二节CAN技术规范

一种多主总线，采用OSI的三层网络结构——物理层、数据链路层和应用层。一、CAN的物理层

CAN技术规范的物理层定义信号怎样进行发送，因而涉及电气连接、驱动器/接收器的特性、位编码/解码、位定时及同步等内容。

CAN物理层选择灵活，可以采用共地的单线制、双线制、同轴电缆、双绞线、光缆等。物理信令实现与位表示、定时和同步相关的功能。物理媒体附属装置实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线故障检测方法。媒体相关接口实现与物理媒体之间的机械和电气接口。二、CAN的数据链路层逻辑链路控制子层（LLC）：目标层媒体访问控制子层（MAC）：传送层LLC子层提供的功能帧接收滤波：数据帧内容由标识符命名。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。超载通告：如果接收器内部条件要求延迟下一个LLC数据帧或LLC远程帧，则通过LLC子层开始发送超载帧，最多可产生两个超载帧，以延迟下一个数据帧或远程帧。恢复管理：发送期间，对于丢失仲裁或被错误干扰的帧，LLC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。MAC子层功能由IEEE802.3中规定的功能模型描述MAC子层具有两部分功能发送部分功能包括：发送数据封装，接收LLC帧和接口控制信息，构造MAC帧。发送媒体访问管理，检查总线状态，串行化MAC帧，插入填充位，开始发送，丢失仲裁时转入接收方式，应答校验，错误超载检测，发送超载帧或数据帧等。接收部分功能包括：接收媒体访问管理，由物理层接收串行位流，重新构筑帧结构，解除位填充，错误检测，发送应答，构造发送错误帧或超载帧。接收数据卸装，由接收帧去除MAC特定信息，输出LLC帧和接口控制信息至LLC子层。第三节CAN总线的节点组成

每个节点由微处理器、CAN控制器和CAN收发器组成。一、CAN总线控制器SJA1000SJA1000是适用于汽车和一般工业环境控制器局域网的高集成度独立控制器1、SJA1000的基本构成⑴接口管理逻辑(IML)：接收来自微处理器的命令，分配控制信息缓存器（发送缓存器，接收缓存器0和1），并为微控制器提供中断和状态信息。⑵发送缓存器(TXB)：由10个字节存贮单元组成，存贮由微处理器写入，将被发送至CAN网络的报文。⑶接收缓存器0和1(RXB、RXFIFO)：均由10个字节组成，交替存贮由总线接收到的报文，当一个缓存器被分配给CPU，位流处理器可以对另一个进行写操作。⑷接收过滤器(ACF):

将接收到的标识符与接收过滤寄存器中的内容比较，并决定是否接受该条消息。如果该条消息通过接收测试，则将其存入接收缓冲器。⑸位流处理器(BSP)：控制发送缓存器与CAN总线之间数据流的序列发生器。同时还执行CAN总线上的出错检测、仲裁、填充和出错处理。⑹位定时逻辑(BTL)：监测串行的CAN总线，并处理总线上的位定时。BTL在一条消息开始时，由总线上的“隐性-显性”转换同步(硬同步)。并在消息接收过程中与总线上的转换再同步(软同步)。BTL还提供可编程的时间分段，用以补偿传输延迟和相位偏差，并确定在一个位时间内的采样位置和采样数。(7)出错误管理逻辑(EML)：按照CAN协议进行传输层出错界定。2、SJA1000的寄存器结构及地址分配表3、SJA1000的工作原理与硬件接口电路

发送缓冲区用于存贮由微处理器至SJA1000的发送报文，它可分为描述符和数据场，发送缓存器可借助微控制器写入或读出。描述符为两个字节：包括标识符、远程发送请求位（RTR）和数据长度码（DLC）。数据场为8个字节空间，存贮0～8个数据。接收缓冲区0和1，是微处理器与位流处理器的接口，交替存贮由总线接收到的报文，一旦被位流处理器填满，并被接口处理逻辑分配给CPU，则缓冲区不能用于存贮接收到的报文，直到CPU释放该缓存器，两个接收缓冲区地址一样，当一个缓冲区被分配给CPU，位流处理器可以对另一个进行写操作，它的结构与发送缓冲区一样。时钟分频寄存器控制SJA1000向CPU输出CLKOUT频率。SJA1000由微处理器通过8位地址数据复用总线和基本读写控制信号进行控制。SJA1000的中断请求信号INT连至微处理器的外部中断输入端，CAN控制器可通过中断进行数据通信。在网络通信中所涉及的数据链路层和物理层的操作由SJA1000芯片自动完成，无需微处理器的干预。例如总线的定时与同步、总线的仲裁、CRC与其它填充位的插入等均由SJA1000自动完成。因此软件设计者只需考虑SJA1000的初始化和应用层的设计。4、SJA1000的软件设计节点的网络通信软件可以用微处理器的汇编语言编写，也