第四章CAN技术基础.ppt

1、,第四 章 CAN总线技术基础,控制器局域网CAN（Controller Area Network），最初是由德国Bosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。 作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus逐步被广泛应用到各种控制领域。 1991年9月，Philips半导体公司制定并发布CAN技术规范：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准 ISO11898。 CAN-bus已成为国际标准的现场总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。,4.1 CAN总线简介,1.CAN总线的发展,(1)实时性 a).CAN总线为多主

2、方式 (本质上 CSMA/CD 方式) b).节点信息分成不同层次的优先级 ( 节点不分优先级) c).CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 d).通过报文滤波方式,实现点对点、一点对多点的组播和通播传输。,2.CAN的主要特点,(2)可靠性 a).CAN采用短帧结构,传输时间短。 b).有多种检错方式,并能确定发送 信息是否被正确接收. c).节点能区分暂时性错误和永久 性错误 (3) 灵活性 不需要改变应用层以及任何节点的软硬件 就可以在CAN网络中添加和减去节点,F,压力 报警,P,流量 控制,3.CAN总线应用,目前CAN在汽车、电梯系统、医疗设备、智能楼宇和工业控制得到广泛的应用,4.2

3、.1 CAN总线ISO网络模型,4.2CAN技术规范,介质访问控制层MAC: 负责数据封装/拆装 、仲裁、应答、 帧编码(填充/消除填充) 、错误检测和标定。,逻辑链路控制层LLC: 验收滤波、过载通知以及恢复管理。,应用层,物理层,数据链路层 逻辑链路控制层LLC 介质访问控制层 MAC,物理层 位编码/解码、位定时、同步,4.2.2 CAN总线物理层 1. 总线的数值表示 显性 : 相当于逻辑 “0” d, 隐性: 相当于 逻辑“1” r 2. 波形 3.若”显性”和”隐性”同时发送, 总线结果为显性。 显性与隐性是“与”的关系 d and r = d,4. 电路,a). 若T1、T2、T

4、3、T4 都截止 Vdiff= Vcan-H -Vcan-L=Vd 总线为隐性 “1” b). 若T1、T2、T3、T4 导通 Vdiff=Vcan-H-Vcan-L=Vr 总线为显性”0” VrVd c). 若 T1、T2 导通(Vr),T3、T4截止(Vd) Vdiff= Vcan-H-Vcan-L=Vr 总线为显性”0”,canH,canL,T1,Vcc,T2,Vcc,RX,canH,canL,Vcan-H,Vcan-L,Vd,T3,Vcc2,T4,Vcc2,TX,RX,TXD,Vd,Vr,RL,canH,canL,canL,canH,4.2.3.帧类型,1.数据帧 从发送节点向其它节点

5、发送数据 2.远程帧 向其它节点请求发送具有 同一识别符的数据帧 3.错误帧 指明已检测到总线错误 4.过载帧 过载帧用以在数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时,总线的网络结构,4.3 CAN总线各帧结构,4.3.1 数据帧组成,1.帧起始,(a). 标志数据帧和远程帧开始 (b). 由一个“显性”位组成 (逻辑”0”) (c). 所有节点同步于首先发送信息帧的前沿.,2.仲裁场,CAN 2.0A说明 (1).仲裁场由标识符和远程发送请求位RTR组成 (2).标识符长度为11位,发送顺序是ID10-ID0,其中ID10-ID4不能为全隐性 (3) RTR位: 数据帧 RTR为显性, 远程帧

6、RTR为隐性,CAN2.0B说明,(1).CAN2.0B有标准格式和扩展格式,标准格式为11位标识符,扩展格式为29位标识符.,(2). CAN2.0B标准格式,IDE=显性为标准格式 IDE=隐性为扩展格式,(3). CAN2.0B扩展格式,SSR:为替代”远程请求位”,SSR设定为隐性,当标准格式与扩展格式冲突时,标准格式优先. 设置SRR位的目的是与标准格式兼容. RTR为扩展格式的数据帧和远程帧确定位. RTR=“0”显性 数据帧,RTR=“1”隐性为远程帧.,3.控制场,说明: (1) .控制场由6位组成,其中r0和r1为保留位. (2). DLC3 DLC0 表示数据长度.数据长度

7、从0到8. (3). 对CAN2.0B 标准格式 r1为 IDE,表示是扩展格式还是标准格式,DLC3-DLC0表示方法,4.数据场,数据场是数据帧中的发送数据,它可以是0-8字节,每个字节由8位组成.,5.CRC场,(1).生成多项式,说明:,(3).由硬件完成,(2).CRC 帧起始+仲裁场+控制场+数据场,6.应答场,(1). 在应答场中,节点发送两个“隐性位” (2).若接收节点正确接收到有效报文,接 收节点在应答间隙间发送一个”显性” 以示正确 (3). 发送节点在应答间隙 接收到”隐性”表示报文没有被接收 接收到”显性”表示报文被接收 (4). 对多节点接收,应答场还不能表示全部正

8、确接收,应答场,应答间隙,应答界定,接收节点回答,节点发出,应答界定,应答间隙,7.帧结束,由7个”隐性”位组成,表示数据帧和远程帧结束,1 1 1 1 1 1 1,4.3.2 远程帧 1.帧结构,2. 作用:节点发出远程帧请求回送具有相同标识符的数据。 3.远程帧没有数据场,所以在控制场里数据长度可以是0-8的任何植. 4. 远程帧RTR”隐性”,优先级低于数据帧 。 5.远程帧也有标准格式和扩展格式.,标识符,帧起始,RTR=1,帧结束,仲裁场,控制场,CRC序列,4.3.3 错误帧,1. 帧结构,3. 错误标志 活动错误标志: 6个连续的”显性”位组成 认可错误标志: 6个连续的”隐性”

9、位组成,错误标志场,错误定界符,8个”隐”性位,错误标志,错误定界,0 0 0 0 0 0,11111111,1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1,活动错误帧,认可错误帧,2. 作用 任何单元检测到总线的错误就发出错误帧.,4.3.4 过载帧,2. 过载标志 由6个”显性”位组成 3. 过载界定符 由8个”隐性”位组成,过载标志,过载界定符,0 0 0 0 0 0,1 1 1 11 1 1 1,3个隐性位(间歇场),4. 在数据帧或远程帧之间,要有间歇场,即3个 隐性位,若在间歇场期间出现“显性”位即产 生过载,发过载帧.,1.过载帧构成,4.3.5

10、帧间空间,帧空间是有间歇场和总线空闲两部分组成的 (1).间歇场: 由3个隐性位组成,在间歇场不允许传送数据帧和远程帧 (2).总线空闲是任意长度的,4.4 CAN总线标识符的作用,仲裁场标识符作用 (1) 确定报文的路由,由接收节点选择是否接收该报文的信息 (2) 总线仲裁时,根据标识符确定优先级,以确定哪个节点占用总线发送数据 (3) 说明报文含义 1. 帧滤波接收过程: 方法:CAN总线通过验收滤波器来确定是否接收报文. 节点A 发送的标识符 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 B 节点B 验收滤波器的内容 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 B 节点C 验收滤波

11、器的内容 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 B,节点B收到标识符与 验收滤波器内容比较相同接收 (2) 节点C接收的标识符与其验收 滤波器内容不相同则不接收,验证不一致,不接收此数据,A,B,C,验收滤波器 010010100010B,发送标识符 010010100010B,验收滤波器 010011000000B,2. 验收屏蔽接收 作用: 通过验收屏蔽寄存器,节点可以接收多个报文。 接收到标识符 0 1 0 0 验收屏蔽寄存器 0 0 1 1 :相关, :无关 验收滤波寄存器 0 1 1 1,0 1 ,接收,定义标识符举例 物理量 序号 0 1 0 0 0 温度 1 0 1 0

12、 0 1 温度 2 1 0 0 0 0 压力 1 1 0 0 0 1 压力 2 0 1 0 1 0 温度 3,验收寄存器 0 1 0 1 1 验收屏蔽寄存器 0 0 1 1 1,接收标识符 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0,3.描述报文含义,标识符 0100 , 0101 , 0110, 0111 都可接收,温度,节点A,节点B,优先级高,0 0 0 1,0 0 1 0,优先级低,仲裁场 标识符+RTR,当两个以上节点同时发送报文时,会发生冲突,由标识符逐位仲裁优先级. 仲裁方法: 每一个发送节点在发送仲裁场期间,对其发出位的电平与总线出现电平进行比较： a).如果在

13、整个仲裁场期间电平都相同,则取得总线使用权,发送报文。 b).若发出的是隐性”1”,而检测到的是显性”0”,该节点退出发送状态。 标识符值越小,其优先级越高,4.CAN总线仲裁机制,RTR=0数据帧 RTR=1 远程帧 数据帧优先级高于远程帧,1. 错误类型 (1) 位错 发送状态与检测到总线状态不符就产生一个位错 例外情况: (a). 在仲裁期间 (b). 在ACK间隙 (2) 填充错误 规则: 每5个连续相同的位,插入一个补码(不能出现连续6个相同的位流)。 填充场: 帧起始 、仲裁场 、控制场 、数据场 、CRC场。 不填充: CRC定界符、 ACK场、 帧结束。 错误帧 ，过载帧。,发

14、送状态与检测状 态不符不是位错,4.5 CAN总线的容错机制,(3) CRC错误 (4) 形式错误(格式错误) 在定界符,帧结束的固定格式位场出现非法位。 (5)应答错误 在ACK间隙期间,未检测到 “0”,则出现应答错误 2 填充出错图示,节点1发数据帧,节点2和3接收数据,填充错误,0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,A,B,节点2在A点检测出填充错误,开始发活动错误帧 (b) 节点3在B点由节点2引起填充错误 (c). 二个错误帧迭加最多12个”0” (d).节点1发现位错,重发报文,最多个“”,节点1,节点2,节点3,每个节点都有两个故障计数器,1:计数原则 (1) 计数器加 1 接收器接收到一个错误,接收出错计数器加1 (2) 计数器加8 条件: 例外: (3) 计数器减1 成功发送