《车载网络》课件-项目2：CAN总线技术

2.1CAN总线概述CATALOGUE目录2.1.1CAN总线的发展历程2.1.2CAN总线的特点2.1.3CAN总线的标准2.1.4CAN总线的分层结构2.1.5CAN总线的帧类型012.1.1CAN总线的发展历程2.1.1CAN总线的发展历程CAN总线国际标准：起初由博世公司提出，后获国际标准化组织确认，分多子标准，国际标准仅涉物理层和数据链路层，上层协议为应用层，市场有多种应用层标准。CAN总线发展历程：1983年博世开发，1986年正式发布，1987年推首款控制器芯片，1991年奔驰500E首用CAN总线系统，同年发布2.0标准，分2.0A和2.0B。CAN总线技术演进：1993年ISO发布CAN总线标准ISO11898，含三部分，其中ISO11898-2和ISO11898-3物理层协议非博世CAN2.0标准；1996年奥迪A8D2首用CAN总线网络。CANFD发布与进展：2012年博世发布CANFD1.0标准，定义新数据帧结构达12Mbit/s速率，兼容CAN2.0，共存于同一网络；2016年物理层速率提升至5Mbit/s，标准为ISO11898-2。CAN总线国标发布：2018年中国发布乘用车CAN总线物理层技术要求GB/T36048；2022年发布道路车辆控制局域网标准GB/T41588，涵盖数据链路层、物理信令、高速媒介访问等。0102030405022.1.2CAN总线的特点节点A与节点B的例子节点A和节点B同时向总线发送消息，若Msg_1的优先级高于Msg_2，则节点A获得发送权，确保关键信息优先传递。多主控制定义多主控制是指在CAN总线空闲时，所有节点可随机访问CAN总线，都可监视CAN总线状态，如果CAN总线空闲则可发送信息。发送权优先级决定当多个节点同时开始发送时，发送高优先级标识符（ID）消息的节点将获得发送权，确保关键信息及时传递。1．多主控制CAN协议帧格式：在CAN协议中，所有消息均遵循固定的帧格式进行发送，确保信息传输的规范性和准确性。01位仲裁机制：当多个节点同时尝试发送消息时，通过逐位仲裁比较消息ID的每位，确定优先级最高的节点继续发送。02节点A与节点B的仲裁：节点A和节点B同时发送消息，逐位仲裁显示节点A的ID优先级高，获得发送权，节点B转为监听状态。03非破坏性位仲裁过程：非破坏性位仲裁从SOF位开始，逐位比较直至ID7，显性电平者胜出，节点A胜出后优先发送。04帧结构设计：为了精准地实施仲裁过程，对CAN协议帧结构有严谨的设计，确保仲裁过程的准确性和可靠性。052．非破坏性位仲裁机制CAN总线采用事件触发和时间触发相结合的方式，确保通信的灵活性和实时性。CAN总线触发机制通过时间触发技术，实现任务的静态调度和总线时间的分配，提高通信的可靠性。时间触发技术采用时分复用多路存取/冲突避免（TDMA/CA）技术，实现任务的并行处理和资源的有效利用。TDMA/CA避免冲突3.实时性强与CAN总线相连的节点没有类似于“地址”的信息，因此在CAN总线上增加节点时，连接在CAN总线上的其他节点的软硬件及应用层都不需要改变。节点独立寻址这种设计使得CAN总线系统具有高度的柔软性，能够轻松地适应变化的需求，如增加或减少节点数量，而无需对现有系统进行重大修改。柔软性设计4．系统的柔软性高速通信能力当通信距离小于40m时，CAN总线的传输速率最大可以达到5Mbit/s，确保数据快速传输。通信速度反比距离通信速度与其通信距离成反比，当其通信距离达到10km时，其传输速率仍可以达到约5kbit/s。5．高速率和远距离6.通信速率不同速率需网关若两条不同通信速率总线上的节点想要实现信息交互，必须通过网关，以便实现数据转换和同步。总线速率统一在同一条CAN总线上，所有节点的通信速率必须相同，以保证数据传输的准确性和实时性。远程帧请求数据可通过发送远程帧（也称遥控帧）请求其他单元发送数据。节点A请求Msg_B节点A通过发送远程帧到总线，请求节点B发送该远程帧指定的报文。7．远程数据请求所有的节点都可以检测错误，确保系统稳定性和数据完整性。错误检测功能正在发送消息的节点一旦检测出错误，会强制结束当前的发送，并立即同时通知其他所有节点。错误通知功能强制结束发送的节点会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止。错误恢复功能8．错误功能CAN总线能区分暂时数据错误（如外部噪声）与持续数据错误（节点内部故障、驱动器故障、断线等）。总线错误类型判断当CAN总线上发生持续的数据错误时，可将引起此故障的节点从CAN总线上隔离出去。故障节点隔离9．故障封闭CAN总线理论上支持多节点连接，实际上受时间延迟和电气负载限制，降低传输速率可增加节点数，提高传输速率则减少节点数。多节点连接具有实时性强、可靠性高、传输速率快、结构简单、互操作性好、完善的错误处理机制、灵活性高和价格低廉等特点。实时可靠在车载网络上得到广泛的应用，已经成为汽车的主流网络，用于实现车内各部件之间的通信，以确保车辆的正常运行。车载网络主流10．连接032.1.3CAN总线的标准（1）ISO11898-1-2015规定了CAN总线的数据链路层（DLL）和电气信号标准，描述了CAN总线的基本架构，定义了不同CAN总线设备在数据链路层的通信方式。1.CAN总线国际标准（2）ISO11898-2-2016规定了高速媒介访问单元和一些媒介相关接口功能，它们构成了控制器局域网（CAN）的物理层；一种支持分布式实时控制和多路复用的串行通信协议用于道路车辆。（3）ISO11898-3-2006标准定义了低速CAN总线物理层标准，数据传输速率为40kbit/s~12kbit/s，为道路车辆提供了低速、耐故障、依赖媒介的界面。1.CAN总线国际标准ISO1898-5-2007是对ISO11898-2高速CAN总线的补充，并参照ISO8802-2，定义在总线闲置时的节电特性，用于道路车辆的低功率模式高速媒介访问单元。ISO11898-6-2013是对ISO11898-2和ISO11898-5标准的补充，并参照ISO8802-2，定义了使用可配置的帧实现选择性唤醒总线的机制。ISO11898-4-2004标准定义了CAN总线中的时间触发机制，汽车电子控制单元之间实现基于时间触发的通信方式，提高通信的实时性和可靠性。060504规定了CAN总线数据链路层的一致性测试计划和ISO11898-1标准化的物理信令，包括传统CAN总线协议和CANFD总线协议。（7）ISO16845-1-2016规定了高速媒介访问单元一致性测试计划，确保高速媒介访问单元符合相关标准要求，提高道路车辆通信的可靠性和安全性。（8）ISO16845-2-20181.CAN总线国际标准（1）GB/T41588.1-2022传统CAN帧格式的传输速率可达1Mbit/s，每帧有效负载可达8字节；可变数据速率帧格式的传输速率高于1Mbt/s，每帧有效负载超过8字节。（3）GB/T41588.3-2022适用于传输速率介于40kbit/s~125kbit/s之间的CAN总线串行通信协议，支持分布式控制和多路复用。（4）GB/T41588.4-2022规定时间触发通信协议，支持分布式实时控制和多路复用，适用于道路车辆中搭载CAN总线的电子控制单元之间建立时间触发的数字信息交互。（2）GB/T41588.2-2022无低功耗模式功能的HS-PMA和具有低功耗模式功能的HS-PMA以及具有选择性唤醒HS-PMA的串行通信协议。2.CAN总线国家标准042.1.4CAN总线的分层结构CAN总线分层介绍CAN总线分物理层、数据链路层和应用层，物理层分PCS、PMA、MDI；数据链路层分LLC和MAC；应用层用户自定义。CAN总线标准CAN总线标准仅规定物理层和数据链路层，需用户自定义应用层；不同标准仅物理层不同，因此一般仅介绍物理层和数据链路层。2.1.4CAN总线的分层结构052.1.5CAN总线的帧类型1.数据帧（1）帧起始帧起始是数据帧的起始段，由1个显性位组成；在总线空闲时，发送节点发送帧起始，其他接收节点同步于该帧起始位。（2）仲裁段（3）控制段仲裁段表示该帧优先级的段，标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符；RTR位确保数据帧优先级高于远程帧。控制段表示数据的字节数及保留位的段，包括数据长度代码和两个保留位，标准格式和扩展格式的构成有所不同。（4）数据段数据段由数据帧中的发送数据组成，最多为8字节，每字节包含8位，首先发送最高有效位（MSB），依次发送至最低有效位。1.数据帧（5）CRC段CRC段是检查帧传输错误的帧，包括15个位的CRC序列和1个位的CRC界定符构成，标准CRC段和扩展CRC段格式相同。（6）ACK段ACK段用来确认是否正常接收，发送节点在ACK段发送2个位的隐性位，接收器以显性位应答以示接收正常，即发送ACK。（7）帧结束帧结束（EOF）表示数据帧结束的段，由每个数据帧和远程帧的标志序列界定，这个标志序列由7个隐性位组成。（1）帧起始（4）CRC段（5）ACK段（6）帧结束（3）控制段（2）仲裁段帧起始是远程帧的起始段，标志着接收单元向发送单元请求发送数据的开始，用于接收方向发送方请求数据。仲裁段是远程帧的优先级判定段，用于请求具有相同ID的数据帧，确保只有具有最高优先级的请求才能获取发送权。控制段是远程帧的数据字节数及保留位的段，用于指示数据的字节数量，并保留未来作为扩展用的位。CRC段是远程帧的传输错误检查段，用于确保帧在传输过程中没有发生错误，提高通信的可靠性和稳定性。ACK段是远程帧的接收确认段，表示接收节点是否正常接收了远程帧，确保数据的正确性和通信的可靠性。帧结束是远程帧的结束标志段，表示远程帧的终止，与数据帧类似，也由7个隐性位组成，用于界定帧的结束。2.远程帧错误标志接收节点发现总线上的报文有错误时，将自动发出活动错误标志，它是6个连续的显性位；其他节点检测到后发送错误认可标志。主动错误标志主动错误标志是指处于主动错误状态的单元检测出错误时输出的错误标志，6个位的显性位；被动错误标志是指处于被动错误状态的单元。节点状态与行为为防止无法正常接收的节点干扰通信，CAN总线规定节点3种状态及其行为；错误帧共有5种，即位错误、填充错误、CRC错误、格式错误和ACK错误。错误界定符错误界定符由8个位的隐性位构成；当错误标志发生后，每一个CAN总线节点监视总线，直至检测到一个显性电平的跳变。3.错误帧过载帧的构成过载帧由过载标志和过载界定符构成，过载标志由6个位的显性位组成，与主动错误标志相同。过载标志的作用过载标志破坏间歇场的固定格式，使其他节点也检测到了出错状态，并各自发送超载标志。过载标志的叠加现象由于多个节点同时过载，且过载帧发送存在时间差，可能导致过载标志叠加后超过6个位。过载界定符的构成过载界定符由8个位的隐性位组成，与错误界定符相同；发送完毕后，节点监察总线直到检测隐性位。过载界定符的完成所有节点同时开始发送7个隐性位，配齐长达8位的过载界定符；确保总线通信的准确性和稳定性。4.过载帧01020304055.帧间隔帧间隔的定义01帧间隔是用于分隔数据帧和远程帧的帧，可将本帧与前面的任何帧分开，但过载帧和错误帧前不能插入帧间隔。帧间隔的组成02帧间隔由间隔段、总线空闲段和延迟传送段组成；在间隔段，不允许任何节点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。延迟传送段03处于错误认可状态的节点完成发送后，需间歇并送出8个隐性位；若间隔期间被其他节点发送，则此节点变为接收器。总线空闲段04总线空闲段时间长短不限；一旦总线确认空闲，任何节点均可访问传送信息；因另一帧正在传送而延期发送的帧是从间歇之后的第一位开始送出。THANKS感谢观看2.2CAN总线的基本组成与工作原理CATALOGUE目录2.2.1CAN总线的基本组成2.2.2CAN总线的工作原理012.2.1CAN总线的基本组成汽车CAN总线由CAN控制器、CAN收发器、数据传输线和数据传输终端等组成，发动机电控单元和自动变速器电控单元通过CAN总线连接。CAN总线组成CAN控制器和CAN收发器均集中在节点电控单元中，它们又称为CAN总线网络节点，共同构成汽车CAN总线系统。CAN总线网络节点图2-20：CAN总线的基本组成CAN控制器功能CAN控制器用于接收控制单元中微处理器传来的数据，对数据进行处理并将其传往CAN收发器。微处理器数据交互同样CAN控制器也接收CAN收发器传来的数据，对数据进行处理并将其传往控制单元中的微处理器。1.CAN控制器图2-21：CAN控制器工作原理将串行位流与用于收发的并行数据进行转换（收是串行转并行；发是并行转串行）；验收滤波器过滤掉无须接收的报文。CAN总线转换模块接收FIFO存储所有接收报文，接口管理逻辑寻址功能模块寄存器，提供中断和状态信息，发送缓冲器存储完整报文。FIFO存储器是系统的缓冲环节，确保数据顺序处理并简化系统设计，若没有FIFO，系统可能无法正常工作，显示其重要性。数据缓存与中断管理FIFO是一种先进先出的数据缓存器，无外部读写地址线，使用简单但只能顺序读写，数据地址由内部指针自动加1完成。FIFO存储器机制01020403FIFO存储器作用（1）独立型车载网络CAN控制器独立型车载网络CAN控制器具有相对独立性，使用起来十分灵活，一般以单片集成电路的方式出现。（2）组合型车载网络CAN控制器组合型车载网络CAN控制器与微处理器组合，形成具有CAN控制功能接口的微处理器控制组件。汽车车载网络CAN控制器组合型车载网络CAN控制器电路包括80C51单片微处理器、SJA1000CAN控制器和PCA2C250数据发送器。组合型车载网络CAN控制器电路CAN控制器通过相关端子与单片微处理器进行连接，受微处理器80C51的控制进行数据的读（RD）或写（WR）。微处理器与CAN控制器连接图2-22：组合型车载网络CAN控制器电路图车载网络CAN收发器功能车载网络CAN收发器是发送器与接收器集成电路，转换控制器数据为电信号送入传输线，同时接收总线数据并传送给CAN控制器。CAN收发器类型车载网络CAN收发器也分为独立型和组合型两大类；独立型应用灵活，组合型与CAN控制器集成，形成具有收发功能的CAN控制器组件。2.CAN收发器VS图2-23所示为低速容错CAN收发器电路图，L为共模电感，滤除差分线上的共模干扰；Z1、Z2为瞬态抑制二极管，起防静电（ESD）/过压保护作用。电感与二极管作用共模电感L在低速容错CAN收发器电路中起到滤除共模干扰的关键作用，而瞬态抑制二极管Z1、Z2则提供防静电（ESD）及过压保护，确保电路稳定工作。低速容错CAN收发器图2-23：低速容错CAN收发器电路图图2-24所示为高速CAN收发器电路图，C1、C2为滤波电容，提供低阻抗回路；R2+R3+C3形成低通滤波器，使CAN差分信号快速进入隐性，减少振铃现象。高速CAN收发器电路在高速CAN收发器电路中，滤波电容C1、C2确保稳定供电，而R2、R3与C3构成的低通滤波器有效抑制高频干扰，优化信号质量，减少信号畸变和振铃现象。滤波与低通设计图2-24：高速CAN收发器电路图双线数据传输线数据传输线（也称BUS线）是双向对数据进行传输的，两条传输线分别被称为CAN_H线和CAN_L线，防止外界电磁波的干扰和向外辐射，两条线缠绕在一起。双线电位与干扰防护两条线的电位相反，如果一条是5V，另一条就是0V，始终保持电压总和是一个常数；通过这种方法，CAN总线得到了保护，使其免受外界的电磁场干扰。:3.数据传输线数据传输终端作用数据传输终端是一个电阻，防止数据传送终了反射回来，产生的反射波而使数据遭到破坏，影响到CAN总线网络数据的传输。终端电阻安装与省略在CAN总线设计安装了终端电阻，如图2-25所示；电子控制单元本身没有120Ω电阻，需在首尾端别安装2个120Ω并联；有的控制单元内部设计了电阻。4.数据传输终端022.2.2CAN总线的工作原理VS在只有一条CAN总线的网络中，信息通过二进制值表示并转换为比特流，收发器将其转化为电压值，按顺序传输至CAN总线，实现信息的发送与接收。广播原理与信息同步每个控制单元均可接收发送出的信息，称为广播原理，这种广播方式可以使得连接的所有控制单元总是处于相同的信息状态。信息定义与转换图2-26：只有一条CAN总线的网络信息传输概述在控制单元间，总线上的信息以数字信号形式进行传输。信息在控制单元内以数字信号形式处理存储，确保数据准确性和完整性。电平定义与信号特性在电气总线系统中采用电平值来定义数字信号“1”和“0”，即输出的信号是0和1，通过电平的差异来区分不同的数据状态。图2-27：CAN总线上的信息传输数据传输的功能元件包括K-线、控制单元、CAN构件和收发器图2-29：数据传输的功能元件（4）收发器发送-接收放大器，转换CAN构件比特流与电压值，适合铜导线传输；通过TX/RX线与CAN构件连，RX线监听总线信号。（1）K-线K-线，全称K-Bus线，是车辆自诊断系统中用于连接诊断检测仪的关键组件，确保车辆在各种运行条件下能够准确地进行故障检测和（2）控制单元接收传感器信号，处理后再发执行元件；微控制器带输入输出存储，定期查询存储传感器值，按程序处理结果存输出存储，发送至执行元件。（3）CAN构件用于数据交换，分接收和发送区；通过邮箱与控制单元相连，集成在微控制器内；采用邮箱机制实现数据的接收和发送。1.数据传输元件2.数据传输过程——（1）信息格式转换与请求发送信息转速信号检测与传输曲轴转速传感器检测转速信号，以固定周期送达发动机电控单元输入存储；信号需跨电控单元共享，经CAN总线传输。发送流程与任务委托数据格式转换与结构转速信号被送到发动机电控单元的发送存储器内，进入CAN构件发送邮箱；若邮箱内有实时值，则由发送特征位指示并委托发送任务给CAN构件。发动机信息按协议被转换成CAN总线的数据格式。CAN总线数据格式含有标识、信息内容、CRC和应答场；标识为发动机_1（转速），信息内容为转速值。123发送前总线空闲检测当发送邮箱内有一个实时值，表明发动机控制单元准备向外发送信息，CAN构件通过RX-线来检查总线是否有源（是否正在交换别的信息）。总线空闲等待机制必要时会等待，直至总线空闲下来为止；某一时间段内的总线电平一直为1（无源），表示总线空闲，为发动机控制单元提供发送信息的时机。2.数据传输过程——（2）发送开始2.数据传输过程——（3）发送信息信息发送过程信息发送过程包括将发动机转速信息从发送存储器移至CAN构件的发送邮箱，按协议转换成CAN总线数据格式，通过TX线发送至总线。信息发送条件若总线处于空闲状态，即未有其他控制单元占用总线进行信息传输，则预先存储在发送存储器中的发动机转速信息将被发送至总线。2.数据传输过程——（4）信息接收信息转换与传输发动机转速等物理量以二进制形式在控制单元间传输，发送时转为比特流，经TX线至收发器，再转换为电压值按时间顺序传至CAN总线。接收过程接收时，电压值经收发器转为比特流，经RX线至控制单元，控制单元将二进制值转换为信息，如00010101转为1800r/min的发动机转速。广播原理每个控制单元均可接收发送出的信息，称为广播原理，这种广播方式可以使得连接的所有控制单元总是处于相同的信息状态。每个控制单元在发送信息时，通过发送唯一的标识符来识别，确保信息准确送达。所有的控制单元都是通过各自的RX-线来跟踪总线上的信息并获知总线的状态。每个发射器将TX-线和RX-线的状态一位一位地进行比较，它们可以不一致。用标识符中位于前部的“0”的个数就可调整信息的重要程度，从而就可保证按重要程度的顺序来发送信息。3.多个控制单元同时发送信息标识符识别跟踪总线状态仲裁机制信息排序图2-38：多个信息发送过程信息发送过程当多个控制单元同时发送信息时，数据总线上可能产生冲突。为解决这个问题，CAN总线采用仲裁机制。仲裁机制信息发送实例在仲裁过程中，每个发射器将TX-线和RX-线的状态一位一位地进行比较，它们可以不一致。假设有3个电控单元同时发送信息，发动机电控单元发送10101010，ABS电控单元发送10101011，组合仪表电控单元发送10111111。123图2-38：多个信息发送过程当第4位信息不同时，组合仪表电控单元停止发送并转为接收状态，等待下一次发送周期并重新请求发送。冲突处理发动机和ABS电控单元在发送前7位信息时未发生冲突，但第8位信息不同导致总线状态为0。发动机电控单元接管数据总线控制权，继续发送剩余的信息，最终数据总线的信息与发动机电控单元向外发送的信息相同。仲裁原则应用ABS电控单元停止发送并转为接收状态，等待下一次发送周期并重新请求发送。电控单元行为01020403数据总线控制权4.数据传输的安全性内部故障管理功能01为了保证数据的安全性，CAN系统具有很强的内部故障管理功能，可以识别出可能出现的数据传输故障，从而采取相应的措施。剩余误差概率02无法识别故障的几率，也就是所谓的剩余误差概率小于10-12，这个概率值相当于每辆车在使用寿命内出现4次数据传输故障。错误帧通知03广播的特点是一个发射，其它所有的接收并使用，任何一个网络使用者如果发现一个传输故障，那么其它所有的网络使用者都会立即收到一个信息通知。信息重发04所有网络使用者就会拒收当前的信息，随后该信息会自动再发送一次，这样的过程其实是完全正常的，其原因可能是由于汽车上电压波动较大。图2-39：内部故障计数器内部故障计数器Bus-Off状态处理信息超时故障管理计数器界限值计数器作用由于不断识别出故障，因此自动重新发送过程就越来越多，为此每个网络使用者都配有一个内部故障计数器，它可以累计识别出故障。在成功完成重新发送过程后计数器再递减计数，内部故障计数器只负责内部的故障管理，无法读出其中的内容。当超过某一规定的界限值（相当于最多32次重新发送过程）时，相应的控制单元会得到通知并被CAN总线关闭。两次总线关闭（Bus-Off）状态后（在此期间无通信），故障存储器就会记录一条故障，经过一段固定的等待时间（约0.2s）后。信息传输一般是按规定的循环时间来进行的，这样才能保证及时地传输相应的信息；如果出现延迟，也就是说，至少有10条信息未收到。时间监控功能（信息超时）就会启动，于是正在接收的控制单元故障存储器内也记录一个故障，这是故障管理中的第二套机构。内部故障计数器THANKS感谢观看2.3CAN总线物理层CATALOGUE目录012.3.1物理层服务022.3.2物理媒介相关接口032.3.3物理媒介连接042.3.4物理编码子层052.3.5物理介质参数012.3.1物理层服务物理层服务概述物理层服务允许本地媒介访问控制子层和同级媒介访问控制子层实体间交换位信息，向媒介访问控制子层提供必要服务原语。发送接收位信息对于支持CANFD总线的实现中，还有另外2种可选的服务原语，发送和接收位信息，以及发送和接收CANFD帧数据段的服务原语。物理层服务PCS_Data.Indicate服务原语用于物理层向媒介访问控制子层通知一个显性或者隐性位的到来，实现数据接收的及时响应和处理。位指示接收服务PCS_Status.Transmitter服务原语用于媒介访问控制子层向物理层通知，媒介访问控制子层向物理层发送CANFD帧的数据段。发送帧数据段01020304PCS_Data.Request服务原语用于媒介访问控制子层向物理层请求发送一个显性或隐性位，确保数据传输的准确性和及时性。位请求发送服务PCS_Status.Receiver服务原语用于媒介访问控制子层向物理层通知，媒介访问控制子层接收到CANFD帧的数据段。接收帧数据段物理层的服务原语022.3.2物理媒介相关接口物理媒介CAN总线使用的物理媒介主要是双绞线或平行线，双绞线如图2-40所示。单根总线被表示为CAN_H和CAN_L。CAN_H和CAN_LCAN_H是高位数据线，有主副颜色，CAN_H的显性状态电压比隐性状态的电压高；CAN_L是低位数据线，就一种颜色。1.物理媒介与平行线相比，双绞线不仅可以降低自身对外界的干扰，同时可以消除与外界干扰源的电容耦合和感应耦合。双绞线抗干扰因此双绞线在CAN总线通信中能够有效减少干扰，常用与数据传输，确保信号质量和稳定性。双绞线作用图2-41：双绞线抗干扰CAN_H和CAN_L连接在CAN总线网络中，CAN_H和CAN_L两条线束分别连接到节点上，确保每个节点都能接收和发送数据。终端连接电路单总线节点的终端连接电路如图2-43所示。RTL和RTH是与终端电阻连接的端点，每条线束的总终端电阻应大于或等于100Ω。（1）节点总线连接（2）工作电容工作电容示例工作电容是针对网络线束长度计算的，如图2-44所示，以米为单位的总线与地之间的电容以及两个线束之间的电容。工作电容定义工作电容是由网络拓扑和物理介质决定的总线和一个或多个可见的节点连接器之间的总电容。2.物理信令物理位状态物理位分为隐性状态和显性状态，总线呈现两种逻辑状态隐性和显性中的一种，如图2-45所示。差分电压显性状态隐性状态下，当CAN_L线的电压被设定高于CAN_H线的电压时，会导致负的差分电压；隐性状态在总线空闲或隐性位时进行传输。显性状态的差分电压为正，这意味着CAN_H线被主动固定在高电压，CAN_L线被主动固定在低电压；显性状态覆盖隐性状态。123电气特性——（1）电子控制单元电气边界电压共模电压正常工作模式下的共模电压必须保证在设定的等级范围内，标称值为2.5V，最大值不超过6V，以保证正常的工作电压。额定电压值在12V和42V系统中，数据线的额定电压值分别有一定的范围，最小值至最大值分别为-27V至40V和-58V至58V。隐性状态电压参数在显性状态下，VCAN_L电压降至1.4V，而VCAN_H接近VCC-1.4V；总线差分电压Vdiff变为VCC-2.8V至VCC，形成显著电平差异。显性状态电压参数低功耗状态电压参数进入低功耗状态时，VCAN_L提升至5V，而VCAN_H降至1V；总线差分电压Vdiff则变为-4V至-3.4V，实现能量优化与信号稳定传输。连接到终端网络的电子控制单元在隐性状态下，总线电压VCAN_L接近VCC（5V），而VCAN_H略高于VCC；总线差分电压Vdiff达到-VCC至-VCC+0.6V。（2）物理信令的电压参数在正常模式下，单终端总线收发器的电压参数为VthCAN_L_N（2.5V至3.9V）和VthCAN_H_N（1.5V至2.3V）；而差分电压收发器的参数为VthDiff_N（-3.9V至-2.5V）。正常与故障模式电压当检测到CAN_L短路到电源时，VthLxBAT_N达到6.5V至8V；同样地，当CAN_H短路到电源时，VthHxBAT_N也达到相同的电压范围，用于准确识别短路故障。故障检测电压阈值（3）收发器的电压参数唤醒电压阈值范围低功耗模式下，唤醒电压阈值Vth（wake）L设定为2.5V至3.9V，而Vth（wake）H为1.1V至1.8V，确保电压范围适中，满足低功耗要求。唤醒差分电压阈值唤醒的差分电压阈值Vth（wake）为0.8V至1.4V，用于检测低功耗模式下总线状态的显著变化，确保系统能迅速响应并恢复正常工作状态。低功耗模式下唤醒和故障检测的参数网络连接与容错机制单个CAN总线节点通过总线拓扑或星型拓扑连接至通信网络，整个网络终端电阻需约100Ω，节点数量不少于20个，且网络长度不超过40m以支持最大125kbit/s速率。星型节点配置限制星型节点配置需满足特定条件，如通过正常总线结构连接，避免短接线，并考虑网络长度和节点间最大距离对网络通信的影响，以确保网络通信效率和稳定性。4.网络规范——（1）CAN总线网络拓扑VS隐性总线电平由终端维持，显性电平会覆盖隐性并主动转换；同时大部分节点连接终端电阻，以确保总线信号稳定。网络终端模式与端子网络终端分正常与低功耗模式，由收发器故障模式决定；连接CAN_L至RTL,CAN_H至RTH端子实现，需考虑电阻值和电流限制。总线电平转换与维持（2）网络终端当总线出现故障如节点断开、电源丢失或短路时，网络总线的剩余节点应能够继续通信，尽管信噪比可能降低。总线故障描述故障事件分为电源故障和总线故障，包括电源断开、地偏超出范围、总线短路等，影响总线系统正常运行需及时处理。故障事件分类5.物理媒介故障——（1）物理故障（2）故障事件故障事件定义收发器未处理的物理故障会影响总线系统，此类故障被称为故障事件，包括电源故障和总线故障。电源故障缩减故障事件电源故障涉及节点与地或正常电源断开连接，导致地偏大于±1.5V或失去供电，影响总线系统正常运行。不是所有总线故障都能被收发器识别，因此定义了包括CAN_H、CAN_L对电源电压短路等在内的缩减故障事件集。123032.3.3物理媒介连接收发器环路延时收发器应确保对输入信号的最大环路延时符合规范，包括无故障及多种故障情形下的延时要求，通过测量示意图确保时间参数合规。测量电路环路延时地偏地偏指CAN总线网络中节点地端电位差，虽地线非必需，但干扰环境下共模干扰电压可能引发输入饱和，影响通信，因此有时需测量地偏。收发器环路延时是指逻辑信号从收发器的逻辑输入端到逻辑输出端的延迟时间，包括隐性到显性和显性到隐性的转换，需满足特定时间要求。1.时间要求（1）收发器环路延时收发器环路延时是指一个逻辑信号从收发器的逻辑输入端发出到收发器的逻辑输出端检测到此信号的延迟时间。收发器环路延时定义收发器环路延时示意图展示了逻辑信号在收发器内的传输路径，涉及发送节点与目标节点的信号关系。收发器环路延时示意图隐性到显性和显性到隐性的转换均应满足特定时间需求，确保CAN总线通信的准确性和稳定性。隐性到显性转换时间要求单个收发器的环路延时单个收发器的环路延时在特定条件下（如无故障、除CAN_L短路到CAN_H线外所有故障、CAN_L短路到CAN_H线）各有不同的最大值。收发器时间参数测量收发器时间参数测量示意图是收发器测试的重要工具，用于确保收发器的时间参数符合设计要求，保障通信的准确性和稳定性。（2）测量电路环路延时（3）地偏地偏定义与影响地偏指CAN总线网络中节点地端电位差，虽地线非必需，但干扰环境下共模干扰电压可能引发输入饱和，影响通信。030201地偏测试电路收发器的地偏测试电路是用于测量和评估收发器在地偏方面的性能和数据的重要工具，确保收发器的正常工作。收发器工作状态与总线故障形式收发器在差分驱动、CAN_L和CAN_H单独工作下需应对总线多种故障形式，如断路、短路等。为处理物理故障和故障事件，应采取表2-19和表2-20列举的方案；D表示检测到；R表示恢复。2.故障管理——（1）故障检测故障检测处理方案在正常模式下，通过监测多种与电源短路相关的事件，实时检测并处理相应的故障情形。正常模式故障检测低功耗模式下，通过特定事件触发故障检测机制，包括电源短路和特定的总线状态变化。低功耗模式故障检测正常模式总线故障处理正常模式下，收发器通过内部状态机处理总线故障，包括打开或关闭驱动器、调整接收器状态等，确保总线信号传输的正确性。低功耗模式总线处理低功耗模式下，收发器对总线故障采取内部处理措施，如关闭驱动器、降低接收灵敏度等，以节约能源并维持总线稳定。（2）故障处理低功耗模式下收发器对于总线故障的内部处理措施状态所有驱动器关闭，系统进入低功耗模式，CAN_H短路到地，CAN_L短接到电压（≥5V）。E1E1a所有驱动器保持关闭，系统维持在低功耗模式，CAN_H对地短路，CAN_L则处于悬空状态。所有驱动器被关闭，系统进入低功耗模式，CAN_H悬空，CAN_L短接到电压（≥5V）。123HS-PMA组成与逻辑HS-PMA由收发器构成，支持正常与低功耗模式，实现CAN信号逻辑电平至差分信号的转换。总线偏压与传输行为在正常功能模式下，总线偏压有效，支持显性（逻辑1）和隐性（逻辑0）信号传输。3.HS-PMA操作模式和期望行为图2-51展示了HS-PMA测试电路，该电路包含CAN信号输入输出、电阻负载、分裂终端电容、滤波电容等元件。HS-PMA测试电路概述RL和C1的值根据HS-PMA需要满足的不同参数而变化，并作为条件给出，确保测试的准确性和可靠性。电路条件与参数4.HS-PMA测试电路CAN收发器功能概述CAN收发器负责逻辑电平和信号电平之间的转换，实现CAN总线数据的发送和接收。CAN收发器端子功能包含发送数据输入、接地、电源电压、接收数据输入、参考电压输出、CAN总线等端子。5.CAN收发器特性（1）发送器特性发送器驱动信号为降低远程帧发射等级，发送器需满足驱动信号对称性要求，同时输出电流需受到限制，以确保总线偏压有效或无效时的性能。显性发送特性在显性状态下，发送器具有特定的输出特性，包括CAN_H和CAN_L的单端电压、差分电压等，这些特性随总线负载条件RL变化。接收器输入电压范围当HS-PMA处于低功耗模式时，隐性和显性状态的接收器差分输入电压范围分别为-3.0V至0.5V和0.9V至8.0V。接收器输入电阻接收器输入电阻应符合特定范围，并满足内部电阻匹配要求，以确保信号传输的准确性和稳定性。（2）接收器特性VSHS-PMA的实现应有输入电阻，输入电阻的范围见表2-32，并且内部电阻匹配应满足表2-33规定的需求。电阻匹配精度要求接收器输入电阻匹配精度要求高，需满足表2-33中mR值范围，确保信号接收质量与系统稳定性。接收器输入电阻范围（3）接收器输入电阻HS-PMA唤醒机制当由一个或多个HS-PMA组成的实体实现低功耗模式时，HS-PMA应有能力将唤醒事件发送到其实现，HS-PMA唤醒机制见表2-34。多唤醒机制配置6.HS-PMA低功耗唤醒在HS-PMA中实现多个唤醒机制时，要使用的唤醒机制应是可配置的，唤醒机制主要有基本唤醒、唤醒结构唤醒和选择性唤醒。0102（1）基本唤醒唤醒结构唤醒是指HS-PMA接收到被一个隐性状态隔开的两个连续显性状态，并且显性状态和隐性状态输出时间至少是tFilter持续时间。（2）唤醒结构唤醒（3）选择性唤醒在检测到唤醒帧（WUF）时，唤醒事件应发生，通过HS-PMA对CBFF或CEFF中的CAN帧进行解码，并可以作为唤醒帧进行使用。基本唤醒是指至少在tFilter持续时间内，HS-PMA接收一次显性状态，唤醒事件应发生，确保系统及时响应总线上的显性信号。三种唤醒CAN总线网络设计期望指标主要是HS-PMA连接到媒介推荐使用CAN_H上的单端输入电压值VCAN_H和CAN_L上的单端输入电压值VCAN_L。网络设计期望指标期望指标旨在确保所有连接的HS-PMA均能稳定、高效地工作，充分利用CAN总线的各项功能，网络设计期望指标有助于提高整个网络系统的性能。输入电压值推荐7.CAN总线网络设计期望指标用于接收隐性状态的CAN接口输入电压参数见表2-35。差分输入电压由存在于总线上的各个CAN节点的隐性状态输出电压的组合决定，因此，差分输入电压近似为零。隐性状态电压参数每个CAN节点的工作输入电压范围为-12V至12V，相对于每个CAN节点进行单独接地测量；差分输入电压范围约为-3V至0.012V，需确保所有节点连接到媒介进行测量。隐性状态电压范围用于接收隐性状态的CAN接口输入电压参数显性状态电压参数用于接收显性状态的CAN接口输入电压参数见表2-36；每个CAN节点的工作输入电压范围为-10.8V至12V（相对于地），差分输入电压范围为1.2V至3V。显性状态电压条件所有CAN节点的工作输入电压和差分输入电压均满足标准范围，确保在显性状态下能够稳定、准确地传输数据；需确保所有节点连接到媒介进行测量。用于接收显性状态的CAN接口输入电压参数仲裁期间用于接收显性状态的CAN接口输入电压参数工作输入电压仲裁期间，CAN接口的工作输入电压参数为VCAN_H，-10.8V至12V，相对于每个CAN节点进行单独接地测量。VCAN_L差分输入电压仲裁期间，VCAN_L的电压参数为-12V至10.8V，同样相对于每个CAN节点进行单独接地测量。仲裁时，差分输入电压为1.2V至3V，需每个CAN节点连接媒介测量，确保信号准确。123042.3.4物理编码子层位时间定义与特性位时间指一个位的持续时间，总线管理功能在位时间帧内执行，如同步、延迟补偿和采样点位置，由可编程位定时逻辑指定。位时间对性能的影响位时间的精确控制对CAN总线网络的性能至关重要，它直接影响网络效率、数据传输的准确性和系统稳定性。1.位时间电平位时间的组成电平位时间构成电平位时间由同步段(SS)、传播时间段(PTS)、相位缓冲段1(PBS1)和相位缓冲段2(PBS2)组成，基本时间单位为Tq。030201（1）SS段若通信节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在同步段的范围内内，则表示节点与总线的时序是同步的，固定1个Tq。（2）PTS段传播时间段是用于补偿网络的物理延时时间，是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时综合的两倍，长度可编程为1~8个Tq。相位缓冲段1用于补偿节点间的晶振误差，允许通过重同步对该段加长，在这个时间段末端进行总线状态的采样，长度可编程为1~8Tq。（3）PBS1段相位缓冲段2用于补偿节点间的晶振误差，允许通过重同步方式对该段缩短，长度可编程为1~8Tq。（4）PBS2段电平位时间的组成标称位时间标称位时间定义01标称位时间指仲裁段中一位数据所占用的时间长度，是CAN总线网络中的重要参数，影响数据传输效率和网络性能。位时间分段与采样点02标称位时间分为SS、PTS、PBS1和PBS2四个互不重叠的时间段。采样点位于相对缓冲段1末端，是读取并解析总线值的时间点。重同步与延时影响03重同步操作会调整相对缓冲段1和2的长度，而同步跳转宽度决定调整范围。内部延时与位定时逻辑相关，影响节点输入输出延时的总和。位速率与位时间关系04位速率指每秒传输的位数量，与位时间成反比。标称位时间和数据位时间的分段包括传播时间段、相位缓冲段等，确保数据传输的准确性和效率。位时间的配置位时间的配置涉及多个时间段，包括同步段、传播时间段、相位缓冲段1和2，以及再同步补偿宽度（SJW）。位时间配置参数对于支持和不支持CANFD总线的实现，位时间段的配置范围存在差异。具体配置范围可参照相关标准或规范。配置范围差异计算位时间需考虑多个参数，如预分频、标称位时间、同步段等。选择组合时，应优先考虑单个时间份额较短的组合。位时间计算与选择硬同步的定义硬同步发生在SOF位让所有接收节点调整各自当前位的同步段，调整宽度不限，且只是当存在帧起始信号才起作用。硬同步的应用场景硬同步方式在帧起始信号处有效，能够确保所有接收节点与发送节点在起始位处实现同步，减少相位偏移。同步——（1）硬同步重同步会导致位时间的延长或缩短，以便于修正采样点的位置，该采样点位置与被检测到的边沿位置有关。重同步定义当跳变沿与同步段的误差小于再同步补偿宽度（SJW）值时，重同步通过调整PES1和PES2段来确保采样点位置的正确。重同步与SJW关系（2）重同步052.3.5物理介质参数1.双绞线参数阻抗双绞线阻抗范围为95至140Ω，用于数据传输，提供稳定信号传输路径。02040301单位线延时双绞线的单位长度延时为5ns/m，反映了信号在电缆中传播的速度。单位长度电阻每米双绞线的电阻约为70mΩ，这一参数影响信号传输的衰减和延迟。每米双绞数量每米长的双绞线包含33至50根细线，细线的数量影响了电缆的柔韧性和信号传输质量。终端电阻阻值终端电阻的标准值为120Ω，用于匹配总线阻抗，确保信号反射最小化。终端电阻允差分离式终端电阻的允差为±1%，确保两个电阻值匹配，维护信号稳定性。2.终端电阻参数3.网络拓扑参数总线长度总线长度最长可达40米，支持多节点通信，距离过远需考虑信号衰减问题。支线长度节点间距支线最大长度限制为0.3米，用于连接节点至总线，超出需增设中继器。节点间距最小为0米（星形结构），最大为40米，影响信号传播时间和网络布局效率。123可选电容值可选电容值从1nF至100nF不等，用于改善信号质量，减少干扰。最小电压可选电容的最小额定电压为58V，确保电容在正常工作电压下稳定运行。4.可选电容参数THANKS感谢观看2.4CAN总线数据链路层CATALOGUE目录2.4.1逻辑链路控制子层,2.4.2媒介访问控制子层012.4.1逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层提供无连接模式传输服务，包括无应答数据传送和无应答远程数据请求；无需建立数据链接，支持点对点、多播或广播数据交换。无应答数据传送服务逻辑链路控制用户间无需建立数据链接，可通过无应答远程数据请求服务请求远程节点传送逻辑链路控制协议数据单元，实现远程数据交互。无应答远程数据请求服务1.逻辑链路控制子层的服务远程节点服务方式远程节点服务方式被请求的数据若在远程节点中已准备好，数据应处于远程节点的缓存中，一旦接收到对该数据的远程请求，立刻被远程节点发送出去。数据发送方式帧类型与逻辑链路控制服务远程节点在接收到远程数据请求后，会根据请求将数据发送出去；这种方式确保了数据的实时性和准确性，提高了远程通信的效率。基于不同的逻辑链路控制服务，发送节点和接收节点间可能使用六种不同类型的帧，包括传统和扩展的标准、可变数据速率帧以及远程帧。123无应答数据传送服务包含L_Data.Request、L_Data.Indication、L_Data.Cofirm和L_Data.AbortRequest（可选），分别用于请求、指示、确认和放弃数据传送。无应答远程数据请求服务包含L_Remote.Request、L_Remote.Indication、L_Remote.Confirm和L_Remote.AbortRequest（可选），用于请求、指示、确认和放弃远程数据请求。2.逻辑链路控制子层服务原语服务原语参数Identifier：标识帧的内容，用于在通信中唯一识别帧的用途或来源；通过标识符，接收方能够准确解析发送方意图，确保信息准确传递。Format：帧格式（CBFF、CEFF、FBFF、FEFF），指定可选的ESI和BRS位；用于区分帧的类型和格式，确定如何处理帧中的数据以及帧的编码方式。DLC：数据长度，用于表示帧中数据的长度；DLC为4位，传统帧DLC为0~8表示数据场长度0~7字节，其他值表示8字节；确保数据长度信息准确。Data：用户想要发送的数据；是帧的主要内容，可以承载各种类型的信息，如文本、图像、音频等；确保数据正确编码和传输。Transfer_Status：确认参数，用于指示数据传输的状态或结果；可以是成功、失败或正在进行中等；帮助发送方了解数据传输的情况。Handle（可选）：标识用于处理的硬件元素；是一个可选参数，用于指定处理数据的硬件组件或寄存器；确保数据被正确的硬件处理。逻辑链路控制子层服务原语L_Data.RequestL_Data.Request服务原语用于LCC用户向逻辑链路控制子层请求将某个LSDU发送给一个或者多个远程逻辑链路控制子层实体。030201L_Data.IndicationL_Data.Indication服务原语用于逻辑链路控制子层向逻辑链路控制子层用户指示某个LSDU的到来；确保用户及时获取数据。L_Data.CofirmL_Data.Cofirm服务原语用于本地逻辑链路控制子层向逻辑链路控制子层用户反馈前一个L_Data.Request的结果，该服务原语是一个本地确认，即它不能说明远程逻辑链路控制子层实体向其逻辑链路控制子层用户发送了相应的indication原语。逻辑链路控制子层服务原语L_Data.AbortRequestL_Data.AbortRequest服务原语用于逻辑链路控制子层用户向逻辑链路控制子层发送请求，放弃之前请求的某个LSDU的传送。L_Remote.RequestL_Remote.IndicationL_Remote.Request服务原语用于逻辑链路控制子层用户向逻辑链路控制子层请求由一个远程逻辑链路控制子层实体发生某个LSDU。L_Remote.Indication服务原语用于逻辑链路控制子层向逻辑链路控制子层用户指示，传送某个LSDU请求的到来。456（7）L_Remote.ConfirmL_Remote.Confirm服务原语用于逻辑链路控制子层向逻辑链路控制子层用户传达先前L_Remote.Request的结果；该服务是一个本地确认，即它并不能说明远程逻辑链路控制子层实体向其逻辑链路控制子层用户传输了相应的指示。（8）L_Remote.AbortRequestL_Remote.AbortRequest服务原语用于逻辑链路控制子层用户向逻辑链路控制子层发送请求，放弃之前的向远程用户请求LSDU的传送请求。逻辑链路控制子层服务原语（1）帧接收过滤接收器内部要求延迟下一个逻辑链路控制数据帧或远程帧时，应发起发送媒介访问控制过载帧的需求；最多可发2次媒介访问控制过载帧以延迟下一个数据帧或远程帧。（2）过载通知（3）恢复管理为仲裁失败、未被应答或发送时被错误干扰的帧提供自动重发；成功发送或放弃前不报告确认状态；禁止自动重发功能或对所有帧禁止重发。逻辑链路控制中每一个帧的处理都应是一个独立的操作，而与之前的帧处理无关；帧的内容由其ID标识符命名；每一个接收方应根据其帧接收过滤来决定帧是否与己相关。3.逻辑链路控制子层的功能（1）标识符场（3）DLC场（2）格式场（4）LLC数据场由标准ID标识符（11bit）和扩展ID标识符（18bit）组成，传统标准帧和可变数据速率标准帧无扩展ID标识符。数据长度编码（DLC）表明了该帧数据场中的字节长度，DLC长度为4位，DLC=0~7时数据长0~7字节，其他值表示8字节。用于区分传统标准、传统扩展、可变数据速率标准和FD扩展等四种帧格式，其中FBFF和FEFF含错误状态指示和位速率转换位。包含了要传输的数据，对于传统帧，其长度范围为0~8字节，对于可变数据数率（FD）帧，其长度范围为0~64字节。4.逻辑链路控制帧结构02,2.4.2媒介访问控制子层1.媒介访问控制子层服务带应答的数据传送无需建立数据链路连接，逻辑链路控制子层实体间可点对点、多播或广播式交换MSDU。带应答的远程数据请求过载帧传送允许逻辑链路控制子层实体向远程节点请求发送LSDU，远程节点通过媒介访问控制子层发送数据。过载帧传送服务允许逻辑链路控制子层实体请求发送过载帧，用于延迟下一个数据帧或远程帧。1232.媒介访问控制子层服务原语MA_Data.RequestMA_Data.Request服务原语用于逻辑链路控制子层向媒介访问控制子层请求发送MSDU至一个或多个远程媒介访问控制子层实体。030201MA_Data.IndicationMA_Data.Indication服务原语用于媒介访问控制子层向逻辑链路控制子层指示MSDU的到来，确保数据正确传输至逻辑链路控制子层。MA_Data.ConfirmMA_Data.Confirm服务原语用于本地媒介访问控制子层向逻辑链路控制子层传达前一个MA_Data.Request服务的处理结果。媒介访问控制子层服务原语MA_Remote.Request服务原语用于本地逻辑链路控制子层向媒介访问控制子层发送请求，请求某个远程媒介访问控制子层实体发送指定的MSDU。（4）MA_Remote.RequestMA_Remote.Indication服务原语用于媒介访问控制子层向逻辑链路控制子层告知，被请求的MSDU的到来，确保数据传输的准确性和及时性。（5）MA_Remote.IndicationMA_Remote.Confirm服务原语用于本地媒介访问控制子层向逻辑链路控制子层传达前一个MA_Remote.Request服务的处理结果。（6）MA_Remote.Confirm（7）MA_OVLD.RequestMA_OVLD.Request服务原语用于KKC子层向媒介访问控制子层请求发送MACOVLD帧，该帧有固定格式，且完全由媒介访问控制子层实体构建。（8）MA_OVLD.IndicationMA_OVLD.Indication服务原语用于媒介访问控制子层向逻辑链路控制子层指示过载帧的到来，确保逻辑链路控制子层能够及时响应过载情况。媒介访问控制子层服务原语发送部分负责数据的封装、CRC序列的计算、MAC帧的构建以及发送至总线的初始化进程，确保数据以正确格式发送。发送部分接收部分执行帧结构的去序列化、重组、错误检测等处理，并对接收到的数据进行解封，确保数据准确无误地传递给逻辑链路控制子层。接收部分3.媒介访问控制子层的功能——（1）作用发送数据封装接收LLC帧和接口控制信息，计算CRC序列（含填充位计数），构建MAC帧，并添加SOF、SRR/RRS等位，确保帧格式正确。发送媒介访问管理（2）帧发送检测到总线空闲时，初始化发送进程；MAC帧序列化后，进行位填充；仲裁未成功则转为接收；错误检测、ACK检查等。0102接收媒介访问管理帧结构的去序列化和重组；去填充；错误检测（CRC、填充位计数检查、格式检查、填充规则检查）；发送ACK；创建错误帧并启动发送；超载情形探测；创建对应过载帧并启动发送。接收数据解封去掉接收帧的MAC特定信息，包括CRC场、ACK场和EOF等，并向逻辑链路控制子层传输LLC帧和接口控制信息（对于有限定范围的逻辑链路控制子层，仅范围内的LLC帧会被传输）。（3）帧接收4.媒介访问控制子层帧结构——（1）MAC数据帧SOF由单个显性位构成，标志着数据帧与远程帧的起始，节点必须在总线空闲时才能发送SOF。仲裁场控制场含标识符场（逻辑链路控制子层提供）、RTR/RRS位，长度依帧格式而定，从11位标准ID到含扩展ID及RRS位的FBFF/FEFF。长度依帧格式而异，CBFF/CEFF为6位，FEFF为8位，FBFF为9位（含DLC，由逻辑链路控制子层提供）。123EOF由连续7位的隐性位构成，位于帧的末尾，用于明确标识数据帧和远程帧的结束，确保数据的完整性和准确性。数据场与LLC帧中的数据场一致，承载着用户的数据信息，其长度和格式取决于具体的通信需求和数据类型。CRC场由CRC序列和隐性CRC界定符构成，对于FD帧，还包含填充计数，确保数据传输的完整性和正确性。ACK场包含ACK间隙和界定符，发送节点发送隐性位，接收节点检测数据帧一致性并应答，未应答视为损坏，发送节点应重发错误帧。媒介访问控制子层帧结构——（1）MAC数据帧（2）MAC远程帧MAC远程帧结构MAC远程帧的SOF、CRC场、ACK场和EOF应与其对应的MAC数据帧一致，远程帧没有数据场。030201仲裁场由ID标识符场和RTR位组成（逻辑链路控制子层提供ID），在CBFF和CEFF中，RTR为隐性；FBFF和FEFF无远程帧。控制场在CBFF和CEFF中，MAC远程帧的控制场与MAC数据帧相同；冲突解决要求远程帧的DLC值与被请求的数据帧的DLC值相同。错误标志被动错误处理被动错误标志响应错误界定符错误标志重叠错误标志触发主动错误标志由6个连续的显性位组成；被动错误标志由6个连续的隐性位组成，除非被其他节点的显性位覆盖。主动错误节点检测到错误情形时，发送主动错误标志；其他节点也检测到错误情形，并发送错误标志。总线上实际可能检测到的显性位序列是由各个节点发送的错误标识重叠而来；序列的长度可能从最小6位到最长12位变化。被动错误标志位于仲裁场时继续发送；少于CRC序列结束前6位开始且CRC剩余位均为隐性时，接收方不产生错误。被动错误接收方检测到错误时，等待6个等值位出现；当这6个等值位被检测到，被动错误标志才算完成。错误界定符应由8个隐性位组成；发送错误标志后，每个节点应发送隐性位并检测总线，直到检测到一个隐性位。（3）MAC错误帧过载标志由6个显性位组成，它破坏了间歇场的固定形式；随后，所有其他节点也检测到一个过载情形，并开始发送过载标志。过载标志过载界定符由8个隐性位组成；发送过载标志后，节点检测总线至隐性位，随后同步发送剩余7个隐性位，完成8位界定符。过载界定符（4）MAC过载帧（5）帧间空间帧间空间无论上一帧的类型是什么，数据帧和远程帧应与上一帧之间隔开一段时间，这段时间称为帧间空间。帧间空间要求间歇场错误帧和过载帧之前不应有帧间空间，并且多个过载帧也不应被帧间空间隔开；总线空闲时长可以为任意长度。间歇场由3个隐性位组成；在此期间，节点不能发送数据帧或者远程帧；只允许标志过载情形；在间歇场第3位检测到的显性位，应被视为帧起始。123总线空闲时长总线空闲时，任意节点可以访问总线以发送数据；在总线空闲时间内，总线上如检测到一个显性位，应被视为SOF。被动错误节点发送如果被动错误节点是上一个帧的发送方，应在间歇场后再抑制8位的时间间隔，才能传送下一帧。（5）帧间空间5.帧编码——（1）归零编码归零编码在一个周期内，用二进制传输数据位，在数据位脉冲结束后，信号回到零电平；RZ编码可以不需要时钟信号。030201自同步信号接收端在接收数据时，在信号回零后只需要重新采样即可，这种信号称作自同步信号，节省了一根信号线。带宽资源浪费因为信号需要归零，这种浪费了宝贵的带宽资源；归零编码在某些应用中表现出优势，但在带宽要求高的应用中受限。就是在一个周期内全部用来传输数据，传输完1bit数据后，信号不需要回到零电平。不归零编码不归零编码是比较常见编码方式，需要时钟信号采样，不会浪费带宽资源。常见编码方式（2）不归零编码（3）曼彻斯特编码曼彻斯特编码利用信号跳变方向表示数据，高至低跳变表示0，低至高跳变表示1，实现自同步且节省信号线。曼彻斯特编码介绍帧的位流采用不归零编码，正电平表示1，低电平表示0。发送方在检测到5个连续相同值时自动插入相反位进行填充。数据帧、远程帧其余位场及错误帧、过载帧均为固定形式，无需位填充。接收方需去掉固定填充位进行CRC检测。位填充方法介绍接收方识别5个相同值序列并去除填充位。在CRC场中，固定填充位特定位置插入，每4位一个，值与前一个相反。接收方处理填充位01020403特殊情况处理应答与标识符无关所有的接收方应检测接收到的数据帧和远程帧的一致性，并应答一致的数据帧和远程帧，应答与帧的标识符无关。错误帧的应答如果一个接收方在接收到数据帧或远程帧后，发现EOF的最后一位为显性，它会发送过载帧作为回应，以指示格式错误或问题。6.帧应答接收方判断有效性对于接收方而言，若EOF最后一位未引发错误，则接收方判定帧为有效，该位的值不影响有效性判断，即使为显性亦非格式错误。发送方处理有效性7.帧的有效性发送方在发送过程中，若EOF最后一位未出现错误，则认为帧有效；反之，若帧已损坏，发送方将启动恢复进程以确保通信的稳定性。0102数据帧和远程帧从SOF显性位开始，按位场顺序发送，每个字节从0到n顺序发送，位按7到0的顺序发送。位场发送顺序图2-73至图2-78展示了不同帧格式的位发送顺序，底部加粗线表示显性位，顶部加粗线表示隐性位。位发送顺序图示8.位发送顺序9.媒介访问方法多主访问在发送过程中，数据帧或者远程帧的发送节点即总线主节点，无需选举或协调机制，直接发送数据。总线访问总线整合状态访问主动错误节点总线空闲即可访问；被动错误节点作为接收方同样条件访问总线；发方完成抑制时间且无其他节点发送可访问总线。启动协议后、总线关闭恢复时或检测到协议外状态后（仅限CANFD节点），节点进入总线整合状态；空闲时退出。1239.媒介访问方法协议外事件CANFD总线节点和FD兼容节点会检测协议外事件；错误计数器不变，硬同步使能，发隐性位进总线整合状态。060504MAC帧的传送节点在获准访问总线时发送MAC数据/远程帧；失仲裁、未应答或干扰的帧自动重发；可选配置限制重发次数或完全禁止自动重发。基于内容的仲裁在仲裁中，每一个发送方应对比总线上正在传输的位电平；相同电平继续发送；隐性发显性失仲裁；显性发隐性检测位错误。（7）帧的优先级两个有着不同标识符的帧，标识符值越小的拥有更高的优先级；相同标识符时，数据帧优先级高于远程帧，通过RTR位区分。（8）冲突解决只有当总线空闲的时候才可以传送数据；发生冲突时采用逐位仲裁解决；不同标识符间冲突逐位解决；相同冲突未解决则发错误帧。（9）禁止传统/FD帧格式实现中可配置禁止传统CAN或FD帧格式；禁止后相关帧视为无效并引发错误帧；支持FD实现不应设为FD兼容模式。9.媒介访问方法信息传输流程需传输的信息由逻辑链路控制子层用户准备好，经控制器主机接口和逻辑链路控制子层传送到媒介访问控制子层进行封装。信息存储与检测信息可存共享内存；确保数据一致性至少通过存储于临时缓存或逻辑链路控制子层检测数据错误实现；错误时传输不启动或切换模式。10.MAC数据的一致性位错误：节点发送位时，需监听总线。若监听与发送不符，则检测到位错误。但仲裁、ACK间隙及被动错误标志时，差异不视为位错误。01填充错误：在位填充相关的帧位场中，连续6个相同位视为填充错误。但CRC场中的固定填充位值不符时，为格式错误，非填充错误。02CRC错误：CRC序列由发送方计算得出，接收方需用相同方法验证。若计算CRC与接收不符，或FD帧填充位数不匹配，均视为CRC错误。03格式错误：固定位场含非法值视为格式错误。但接收方在EOF后检显性位，或在错误/过载界定符后检显性位，不视为格式错误。04ACK错误：发送方在ACK间隙处未检测到显性位，即视为ACK错误。无论何种错误被检测到，逻辑链路控制子层应得到通知。0511.错误检查错误标志发送时机传统帧CRC错误图2-81，FD帧CRC错误图2-82。CRC界定符与错误标志帧起始间显性位不视为错误。错误检测与标识节点检测到位、填充、格式或ACK错误时，应在下一位发送错误标志。数据段错误需先切换至仲裁段标称位时间。位时间切换与补偿发送方使用TDC时按图2-79切换位时间，接收方及未使用TDC的发送方按图2-80切换。确保错误处理的一致性。CRC错误处理接收方接收传统帧检测到CRC错误，在ACK界定符后发错误标志；接收FD帧检测到CRC错误，在CRC界定符后3位时间发。12.错误标识THANKS感谢观看2.5CAN总线应用层CATALOGUE目录2.5.1CANopen协议2.5.2J1939协议012.5.1CANopen协议01CAN总线消息管理：提供基于变量、事件、域类型的对象，并设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问；例如，如何上载和下载超过8字节的一组数据，并且具备终止传输的功能。1.CANopen提供的应用层服务功能02CAN总线网络管理：采用主从通信模式来实现，具备初始化、启动和停止节点、侦测失效节点等相关服务，确保CAN总线网络的稳定运行，提升整体系统的可靠性和冗余性。03CAN总线ID动态分配：动态分配CAN总线ID服务是通过主从通信模式实现的，统一由一个主节点对ID进行分配，确保网络内各节点拥有唯一的ID，简化配置过程，提高网络效率。04修改层参数：CAN总线应用层还提供修改层参数的服务，其中一个主节点可以设置另外一个从节点的某层参数，从而实现网络内各节点配置的灵活调整和优化。2.CANopen设备的内部结构CANopen高层协议CANopen协议是一个基于CAN总线串行总线系统和CAN总线应用层的高层协议，通常可划分为通信接口、对象字典和应用部分。通信接口与对象字典应用部分通信接口规定了CANopen的通信规则和传输机制；对象字典描述了设备使用的所有数据类型、通信对象和应用对象。应用部分是由用户自己编写的程序，通过操作对象字典来完成通信。对象字典位于通信程序和应用程序之间，用于向应用程序提供接口。1233.CAN标识符CANopen预定义连接集为降低通信网络组态工作量，简化配置工作，CANopen定义了预定义主/从连接集，这种标识符分配方案仅适用于标准化的CANopen设备。030201CAN总线报文类型CAN总线报文根据标识符的长度可分为标准帧（11位）和扩展帧（29位），CANopen关于标识符的分配是基于标准帧的，将11位标识符划分为4位的功能码部分和7位的节点ID部分。节点ID分配对于CANopen通信网络，由于节点ID为0是主机ID，则从节点的个数最多为127，从而确保网络内节点数量的灵活性和可扩展性。功能码用来设定通信对象类型以及设置消息的优先级，用于定义通信过程中数据传输的类型和优先级，确保网络内各节点能够按照优先级顺序进行数据传输。功能码设定节点ID区别不同的CANopen从站设备，在本系统中通过设置拨码开关选择节点ID，确保每个从站设备在网络中拥有唯一的标识。节点ID区别预定义功能码和CAN-ID的划分网络管理网络管理（NMT）系统负责所有通信节点的启动、停止，维护通信网络的稳定、可靠、可控，确保数据能够准确、及时地传输到目标节点。CANopen节点状态每个CANopen节点会有6种状态（初始化、应用层复位、通信复位、预操作状态、操作状态和停止状态），状态的改变可以通过NMT主机来实现，也可以节点自身通过程序自动完成状态的改变。4.网络管理（1）NMT从机报文心跳报文机制为确定从机节点状态以及检测节点是否在线，CANopen采用了心跳报文的机制，要求系统中在线的从机节点定时发送一条包含节点Node-ID和节点状态的报文给主机。节点上线报文在一个CANopen系统中，当主机或者从机上线后，都会发送一条上线报文到总线中，告诉总线网络中其他节点，此节点已加入系统中。（2）NMT主机报文节点上线报文在CANopen系统中，主机或从机上线时发送上线报文至总线，告知其他节点新节点加入；节点上线报文格式固定为CAN-ID700h+Node-ID，数据为00h。030201心跳报文机制为监测从机状