CAN總線簡述
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CAN ( Controller Area Network ) 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設(shè)計，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。
CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計的?，F(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機(jī)的定時、注油控制，加速、剎車控制(ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好地解決。
二、CAN總線特點
CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。其物理傳輸層詳細(xì)和高效的定義，使得 CAN總線具有其它總線無法達(dá)到的優(yōu)勢，注定其在工業(yè)現(xiàn)場總線中占有不可動搖的地位，CAN總線通信主要具有如下所示的優(yōu)勢和特點。
1.CAN總線上任意節(jié)點均可在任意時刻主動的向其它節(jié)點發(fā)起通信，節(jié)點沒有主從之分，但在同一時刻優(yōu)先級高的節(jié)點能獲得總線的使用權(quán)，在高優(yōu)先級的節(jié)點釋放總線后，任意節(jié)點都可使用總線；
2.CAN總線傳輸波特率為5Kbps~1Mbps ，在 5Kbps 的通信波特率下最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到10Km，即使在1Mbps 的波特率下也能傳輸 40m 的距離。在1Mbps 波特率下節(jié)點發(fā)送一幀數(shù)據(jù)最多需要134μ s；
3.CAN總線采用載波監(jiān)聽多路訪問、逐位仲裁的非破壞性總線仲裁技術(shù)。在節(jié)點需要發(fā)送信息時，節(jié)點先監(jiān)聽總線是否空閑，只有節(jié)點監(jiān)聽到總線空閑時才能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，即載波監(jiān)聽多路訪問方式。在總線出現(xiàn)兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，CAN協(xié)議規(guī)定，按位進(jìn)行仲裁，按照顯性位優(yōu)先級大于隱性位優(yōu)先級的規(guī)則進(jìn)行仲裁，最后高優(yōu)先級的節(jié)點數(shù)據(jù)毫無破壞的被發(fā)送，其它節(jié)點停止發(fā)送數(shù)據(jù)（即逐位仲裁無破壞的傳輸技術(shù)）。這樣能大大的提高總線的使用效率及實時性；
4.CAN總線所掛接的節(jié)點數(shù)量主要取決于CAN總線收發(fā)器或驅(qū)動器，目前的驅(qū)動器一般都可以使同一網(wǎng)絡(luò)容量達(dá)到110 個節(jié)點。CAN報文分為兩個標(biāo)準(zhǔn)即CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀和CAN2.0B擴(kuò)展幀，兩個標(biāo)準(zhǔn)最大的區(qū)別在于CAN2.0A只有11 位標(biāo)識符，CAN2.0B具有 29 位標(biāo)識符；
5.CAN總線定義使用了硬件報文濾波，可實現(xiàn)點對點及點對多點的通信方式，不需要軟件來控制。數(shù)據(jù)采用短幀發(fā)送方式，每幀數(shù)據(jù)不超過8 字節(jié)，抗干擾能力強(qiáng)，每幀接收的數(shù)據(jù)都進(jìn)行CRC校驗，使得數(shù)據(jù)出錯機(jī)率極大限度的降低。CAN節(jié)點
6.CAN總線通信介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇極為靈活。可大大節(jié)約組網(wǎng)成本。
2.CAN總線傳輸波特率為5Kbps~1Mbps ，在 5Kbps 的通信波特率下最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到10Km，即使在1Mbps 的波特率下也能傳輸 40m 的距離。在1Mbps 波特率下節(jié)點發(fā)送一幀數(shù)據(jù)最多需要134μ s；
3.CAN總線采用載波監(jiān)聽多路訪問、逐位仲裁的非破壞性總線仲裁技術(shù)。在節(jié)點需要發(fā)送信息時，節(jié)點先監(jiān)聽總線是否空閑，只有節(jié)點監(jiān)聽到總線空閑時才能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，即載波監(jiān)聽多路訪問方式。在總線出現(xiàn)兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，CAN協(xié)議規(guī)定，按位進(jìn)行仲裁，按照顯性位優(yōu)先級大于隱性位優(yōu)先級的規(guī)則進(jìn)行仲裁，最后高優(yōu)先級的節(jié)點數(shù)據(jù)毫無破壞的被發(fā)送，其它節(jié)點停止發(fā)送數(shù)據(jù)（即逐位仲裁無破壞的傳輸技術(shù)）。這樣能大大的提高總線的使用效率及實時性；
4.CAN總線所掛接的節(jié)點數(shù)量主要取決于CAN總線收發(fā)器或驅(qū)動器，目前的驅(qū)動器一般都可以使同一網(wǎng)絡(luò)容量達(dá)到110 個節(jié)點。CAN報文分為兩個標(biāo)準(zhǔn)即CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)幀和CAN2.0B擴(kuò)展幀，兩個標(biāo)準(zhǔn)最大的區(qū)別在于CAN2.0A只有11 位標(biāo)識符，CAN2.0B具有 29 位標(biāo)識符；
5.CAN總線定義使用了硬件報文濾波，可實現(xiàn)點對點及點對多點的通信方式，不需要軟件來控制。數(shù)據(jù)采用短幀發(fā)送方式，每幀數(shù)據(jù)不超過8 字節(jié)，抗干擾能力強(qiáng)，每幀接收的數(shù)據(jù)都進(jìn)行CRC校驗，使得數(shù)據(jù)出錯機(jī)率極大限度的降低。CAN節(jié)點
6.CAN總線通信介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇極為靈活。可大大節(jié)約組網(wǎng)成本。
三、CAN協(xié)議規(guī)范（CAN規(guī)范2.0）
CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制。技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個CAN儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計透明度以及實現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN 2.0規(guī)范細(xì)分為以下不同的層次：數(shù)據(jù)鏈路層（數(shù)據(jù)鏈路層的LLC 子層和MAC子層）和物理層。
MAC子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定、故障界定。總線上什么時候開始發(fā)送新報文及什么時候開始接收報文，均在MAC子層里確定。位定時的一些普通功能也可以看作是 MAC子層的一部分。理所當(dāng)然，MAC子層的修改是受到限制的。
物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實際傳輸。同一網(wǎng)絡(luò)的物理層對于所有
的節(jié)點當(dāng)然是相同的。盡管如此，在選擇物理層方面還是很自由的。
物理層的作用是在不同節(jié)點之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位的實際傳輸。同一網(wǎng)絡(luò)的物理層對于所有
的節(jié)點當(dāng)然是相同的。盡管如此，在選擇物理層方面還是很自由的。
四、CAN的錯誤定義及處理
1.錯誤類型
位錯誤
站單元在發(fā)送位的同時也對總線進(jìn)行監(jiān)視。如果所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值不相符合，則在此位時間里檢測到一個位錯誤。但是在仲裁場的填充位流期間或 ACK間隙發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—— 此時，當(dāng)監(jiān)視到一“顯性”位時，不會發(fā)出位錯誤。當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一個被動錯誤標(biāo)志但檢測到“顯性”位時，也不視為位錯誤。
填充錯誤
如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現(xiàn)了第 6 個連續(xù)相同的位電平時，將檢測到一個填充錯誤。
CRC 錯誤
CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結(jié)果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個CRC錯誤。
站單元在發(fā)送位的同時也對總線進(jìn)行監(jiān)視。如果所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值不相符合，則在此位時間里檢測到一個位錯誤。但是在仲裁場的填充位流期間或 ACK間隙發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—— 此時，當(dāng)監(jiān)視到一“顯性”位時，不會發(fā)出位錯誤。當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一個被動錯誤標(biāo)志但檢測到“顯性”位時，也不視為位錯誤。
填充錯誤
如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現(xiàn)了第 6 個連續(xù)相同的位電平時，將檢測到一個填充錯誤。
CRC 錯誤
CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結(jié)果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個CRC錯誤。
形式錯誤
當(dāng)一個固定形式的位場含有1 個或多個非法位，則檢測到一個形式錯誤。
當(dāng)一個固定形式的位場含有1 個或多個非法位，則檢測到一個形式錯誤。
應(yīng)答錯誤
只要在ACK間隙（ACK SLOT）期間所監(jiān)視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會檢測到一個應(yīng)答錯誤。
只要在ACK間隙（ACK SLOT）期間所監(jiān)視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會檢測到一個應(yīng)答錯誤。
2.錯誤等級劃分
主動錯誤 Error Counter < 127
錯誤警告 Error Counter = = Error
被動錯誤 Error Counter > 127
總線關(guān)閉 Error Counter = = 255
錯誤警告 Error Counter = = Error
被動錯誤 Error Counter > 127
總線關(guān)閉 Error Counter = = 255
“錯誤主動”的單元可以正常地參與總線通訊并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標(biāo)志。
“錯誤被動”的單元不允許發(fā)送主動錯誤標(biāo)志。“錯誤被動”的單元參與總線通訊而且在錯誤被檢測到時只發(fā)出被動錯誤標(biāo)志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動”單元將在預(yù)設(shè)下一個發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。
“總線關(guān)閉”的單元不允許在總線上有任何的影響（比如，關(guān)閉輸出驅(qū)動器）。
“錯誤被動”的單元不允許發(fā)送主動錯誤標(biāo)志。“錯誤被動”的單元參與總線通訊而且在錯誤被檢測到時只發(fā)出被動錯誤標(biāo)志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動”單元將在預(yù)設(shè)下一個發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。
“總線關(guān)閉”的單元不允許在總線上有任何的影響（比如，關(guān)閉輸出驅(qū)動器）。
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