can现场总线的概念及其相关协议

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1、第2章CAN现场总线的概念及其相关协议CAN总线的概念CAN特点CAN的分层结构和通信协议CAN报文的帧结构位定时与位同步CAN位仲裁技术CAN的报文滤波技术有关CAN总线的通信错误及其处理CAN总线的概念CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，可以归属于工业现场总线的范畴，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、BM

2、W(宝马)、volkswagen(大众)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。由于CAN总线的特点，其应用范围目前已不仅局限于汽车行业，已经在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域中得到了广泛应用。CAN总线的概念CAN最初出现在汽车工业中，80年代由德国Bosch公司最先提出。最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来

3、越受到人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN1.2规范(标准格式)发展为兼容CAN1.2规范的CAN2.0规范(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的CAN器件大多符合CAN2.0规范。基本术语报文总线上的报文以不同的固定报文格式发送，但长度受限。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。信息路由：不使用系统结构的任何信息系统灵活性：节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件和硬件的情况下，被接于CAN网络报文通信：一个报文的内容由其标识符ID命名成组：

4、采用报文滤波，所有节点均接收报文。数据相容性：可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收。基本术语3．位速率不同的系统，CAN的速度不同。在一个给定的系统里，位速率是唯一的，并且是固定的。4．优先权在总线访问期间，识别符定义一个静态的报文优先权。5．远程数据请求通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符命名的。基本术语6．仲裁只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。如果2个或2个以上的单元同时开始传送

5、报文，那么就会有总线访问冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一“隐性”电平而监视的是一“显性”电平（见总线值），那么单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。基本术语7．错误检测为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施以便于错误检测、错误标定及错误自检。要进行检测错误，必须采取以下措施：•监视（发送器

6、对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）•循环冗余检查•位填充•报文格式检查•错误检测的执行基本术语8．故障界定CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区别开来。故障的节点会被关闭。9．总线值CAN总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。显性表示逻辑”0”,隐性表示逻辑”1”。显性状态下，VCAN-H和VCAN-L两者差分电压大于2V。隐性状态下，VCAN-H和VCAN-L两者电压差为0。“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值为“显性”。比如，在总线的“写与”执行时，逻辑0代表“显性”等级，逻辑1代表“隐

7、性”等级。10．应答所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器应答，对于不连贯的报文，接收器作出标志。CAN的特点通信方式灵活，为多主方式工作CAN网络上的节点信息分成不同优先级，满足不同实时要求非破坏性的总线仲裁只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。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（此时通信距离最长为40m）。CAN的特点节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达203

8、2种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制采用短帧结构。每一帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。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CAN的特点通信介质可为双绞线，同轴电缆或光纤，选择灵活。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，具有较强的抗干扰能力CAN的分层结构数据链路层MAC数据链路层数据链路层数据链路层