CAN總線協議
加入技術交流群
(1)報文(Message)總線上的數據以不同報文格式發(fā)送，但長度受到限制。當總線空閑時，任何一個網絡上的節(jié)點都可以發(fā)送報文。
(2)信息路由(Information Routing)在CAN中，節(jié)點不使用任何關于系統配置的報文，比如站地址，由接收節(jié)點根據報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統擴展時，不用對應用層以及任何節(jié)點的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點。
(3)標識符(Identifier) 要傳送的報文有特征標識符(是數據幀和遠程幀的一個域)，它給出的不是目標節(jié)點地址，而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網絡上發(fā)送，所有節(jié)點都可以接收到。節(jié)點通過標識符判定是否接收這幀信息。
(4)數據一致性應確保報文在CAN里同時被所有節(jié)點接收或同時不接收，這是配合錯誤處理和再同步功能實現的。
(5)位傳輸速率不同的CAN系統速度不同，但在一個給定的系統里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。
(6)優(yōu)先權 由發(fā)送數據的報文中的標識符決定報文占用總線的優(yōu)先權。標識符越小，優(yōu)先權越高。
(7)遠程數據請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠程幀，需要數據的節(jié)點請求另一節(jié)點發(fā)送相應的數據?；貞?jié)點傳送的數據幀與請求數據的遠程幀由相同的標識符命名。
(8)仲裁(Arbitration) 只要總線空閑，任何節(jié)點都可以向總線發(fā)送報文。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送報文，就會引起總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲裁可以解決這個碰撞。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時發(fā)送時，數據幀優(yōu)先于遠程幀。在仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是“隱性”電平而監(jiān)視到的是“顯性”電平，那么這個單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。
(9)總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態(tài)，“顯性”對應邏輯“0”，“隱性”對應邏輯“1”。“顯性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)與為“顯性”狀態(tài)，所以兩個節(jié)點同時分別發(fā)送“0”和“1”時，總線上呈現“0”。CAN總線采用二進制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線上不是“0”，就是“1”。但是CAN協議并沒有具體定義這兩種狀態(tài)的具體實現方式。
(10)故障界定(Confinement) CAN節(jié)點能區(qū)分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點會被關閉。
(11)應答接收節(jié)點對正確接收的報文給出應答，對不一致報文進行標記。
(12)CAN通訊距離最大是10公里（設速率為5Kbps）,或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為40米)。
(13)CAN總線上的節(jié)點數可達110個。通信介質可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。
(14)報文是短幀結構，短的傳送時間使其受干擾概率低，CAN有很好的校驗機制，這些都保證了CAN通信的可靠性。
CAN總線協議內容
CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅動電路。ECU的總數將受限于總線上的電氣負荷。物理層定義了物理數據在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質、線路電氣特性、數據的編碼/解碼、位定時和同步的實施標準。
總線競爭的原則
BOSCH CAN基本上沒有對物理層進行定義，但基于CAN的ISO標準對物理層進行了定義。設計一個CAN系統時，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現總線競爭時，具有較高優(yōu)先權的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。
在此基礎上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結構上看，CAN節(jié)點的構成如圖7-8所示。在CAN中，物理層從結構上可分為三層：分別是物理信號層(Physical Layer Signaling，PLS)、物理介質附件(Physical MediaAttachment，PMA)層和介質從屬接口(Media Dependent：Inter-face，MDI)層。其中PLS連同數據鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標準，也可自行定義，比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標準。
節(jié)點數量
理論上，CAN總線上的節(jié)點數幾乎不受限制，可達到2000個，實際上受電氣特性的限制，最多只能接100多個節(jié)點。
CAN的數據鏈路層
CAN的數據鏈路層是其核心內容，其中邏輯鏈路控制(Logical Link control，LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復等功能，媒體訪問控制(Medium Access control，MAC)子層完成數據打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串并轉換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。
報文傳輸
報文類型
在CAN2．0B的版本協議中有兩種不同的幀格式，不同之處為標識符域的長度不同，含有l(wèi)l位標識符的幀稱之為標準幀，而含有29位標識符的幀稱為擴展幀。如CAN1．2版本協議所描述，兩個版本的標準數據幀格式和遠程幀格式分別是等效的，而擴展格式是CAN2．0B協議新增加的特性。為使控制器設計相對簡單，并不要求執(zhí)行完全的擴展格式，對于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標準格式。但無論是哪種幀格式，在報文傳輸時都有以下四種不同類型的幀：
幀類型
(1)數據幀(Data ) 數據幀將數據從發(fā)送器傳輸到接收器。
(2)遠程幀(Remote ) 總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一標識符的數據幀。
(3)錯誤幀(Error ) 任何單元檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。
(4)過載幀(Overload ) 過載幀用在相鄰數據幀或遠程幀之間提供附加的延時。
數據幀或遠程幀與前一個幀之間都會有一個隔離域，即幀間間隔。數據幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀兩種格式。
CAN總線應用領域
CAN總線最初是德國BOSCH為汽車行業(yè)的監(jiān)測，控制而設計的?，F已應用到鐵路、交通、國防、工程、工業(yè)機械、紡織、農用機械、數控、醫(yī)療器械機器人、樓宇、安防等方面。目前大多數CAN控制器只做到鏈路層，然而隨著CAN的發(fā)展和應用，應用層的硬件設計也成為硬件廠商的考慮范疇。
評論