控制器局域网总线——CAN
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2018/11/22 29
• 正常输出方式： 位序列(TXD)通过CTX0和CTXl被传送。 • 时钟输出方式：对于引脚CTX0，这种方式 与正常输出方式相同。而CTXl的数据流被 发送时钟代替，发送时钟的上升沿标志位 周期的开始，时钟脉冲宽度为tSCL。 • 双相输出方式：与正常输出方式相反，位 出现时间是可变的，并且是可触发的。
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• CAN总线中，任何一个单元可能处于下列三 种故障状态之一：错误激活、错误认可和总 线关闭。 • 为了界定故障，在每个总线单元中都设有两 种计数： 发送出错计数和接收出错计数。 这些计数按照（书94-95）规则进行(在给定 报文传送期间，可应用其中一个以上的规则)。
2018/11/22
2018/11/22 27
5．验收码寄存器(ACR) 验收码寄存器是82C200的验收滤波器的一 部分，若复位请求位被置为高，该寄存器 可被访问。 6．验收屏蔽寄存器(AMR) 7．总线定时寄存器0(BTR0) 总线定时寄存器0的内容决定波特率预分频 器(BRP)和同步跳转宽度(SJW)的数值。 8．总线定时寄存器1（BTR1） 总线定时寄存器1的内容为周期宽度、采样 点位置和在每个采样点获取采样的数目。
⑤CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路 。 ⑥采用短帧结构，具有极好的检错效果。 ⑦CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措 施，保证了数据出错率极低。 ⑧CAN的通信介质可选择灵活。 ⑨CAN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。
2018/11/22
2018/11/22 1
• CAN属于总线式串行通信网络，由于其采用了 许多新技术及独特的设计，其数据通信具有突 出的可靠性、实时性和灵活性。特点： ①CAN为多主方式工作 ，可方便地构成多机 备份系统。 ②CAN网络上的节点信息分成不同的优先级。 ③CAN采用非破坏性总线仲裁技术，在网络负 载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。 ④CAN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”。 2018/11/22 2
2018/11/22 28
9．输出控制寄存器(OCR) 在软件的控制下，输出控制寄存器可建立输 出驱动器的不同配置。 若82C200处于睡眠方式(Sleep位为高)，隐 性电平在引脚CTX0和CTXl输出。 若82C200处于复位状态(复位请求位为高)， 则输出驱动器悬浮。 由输出控制寄存器中两位输出方式 (OCMODE1，OCMODE0)可确定的4种输 出方式：
• 报文传送由4种不同类型的帧表示和控制 数据帧携带数据由发送器至接收器；远程 帧通过总线单元发送，以请求发送具有相 同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线 错误的任何单元发送；超载帧用于提供当 前的和后续的数据帧的附加延迟。
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①数据帧
• 数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、 仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场和帧结束。 • 在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其 主要区别在于标识符的长度，具有11位标 识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符 的帧称为扩展帧。
2018/11/22ຫໍສະໝຸດ Baidu5
• 多主站 • 仲裁 总线访问冲突运用逐位仲裁规则。 • 安全性 检测错误 • 出错标注和恢复时间 已损报文由检出错误的任何节点进行标注。 如果不存在新的错误，自检出错误至下一个 报文开始发送的恢复时间最多为29个位时间。
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• 故障界定 CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰 动，可自动关闭故障节点。 • 连接 • 单通道 由单一进行双向位传送的通道组成的总线， 借助数据重同步实现信息传输。 • 总线数值表示 总线上具有两种互补逻辑数值；显性电平 或隐性电平。
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• 测试输出方式：对于引脚CTX0，这种方式 与正常方式相同。为测试发送和接收之间 的延迟时间，这种方式将输入比较器的输 出端与CTXl输出驱动器的输入端连接起来， 此方式仅用于测试。 10、测试寄存器 测试寄存器仅用于生产测试
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③发送缓存层 该缓存区用于存储由微控制器送至82C200的被发 送报文。 它分为描述符和数据场。发送缓存器可借助微控制 器写入或读出。 A、描述符 (1)标识符(1D) (2)远程发送请求位(RTR) (3)数据长度码(DLC) 数据字节计数的范围为。0—8个字节，并被编码为： 数据字节数 =8×DLC.3+4×DLC.2+2×DLC.1+DLC.0
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三、 CAN总线有关器件介绍
1、CAN通信控制器82C200 CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。 CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分 和与微控制器接口部分电路组成。 82C200有PCA 82C200和PCF82C200两 种类型。
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23
控制器主要由下述几部分构成： (1)接口管理逻辑 (2)发送缓存器 (3)接收缓存器 (4)位流处理器 (5)位定时逻辑 (6)收发逻辑 (7)错误管理逻辑 (8)控制器接口逻辑
控制器局域网总线——CAN
一、CAN的性能特点 CAN(Controller Area Network)即控制器局域 网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设 计，CAN越来越受到人们的重视。国外已有许 多大公司的产品采用了这一技术。 CAN已经形成国际标准。它是一种多主机局域 网，由于其性能卓越，现已广泛应用于工业自 动化、多种控制设备，交通设备、医疗仪器以 及建筑、环境控制等众多部门。
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(5)CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。 (6)应答场(ACK)为两位，包括应答间隙和应答 界定符。 (7)帧结束：每个数据帧和远程帧均由7个隐位 组成的标志序列界定。
②远程帧 远程帧由6个不同分位场组成：帧起始、仲 裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。
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③出错帧 出错帧由两个不同场组成，第一个场由来 自各站的错误标志叠加得到，后随的第二 个场是出错界定符。 错误标志具有两种形式，一种是活动错误 标志，一种是认可错误标志，活动错误标 志由6个连续的显位组成，而认可错误标志 由6个连续的隐位组成。
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④超载帧 超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定 符。 超载条件： A、一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧 的接收器的内部条件； B、另一个是在间歇场检测到显位。 超载标志由6个显位组成。 超载界定符由8个隐位组成。
21
5、位定时与同步 6、CAN总线媒体装置特性 （基于双绞线的建议 ） 将连接于总线的每个节点称为电子控制装置 (ECU)。总线每个末端均接有以RL表示的抑 制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部 的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、 单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。 总线可具有两种逻辑状态：隐性或显性
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• 新型控制器必须执行标准格式，但不要求 必需执行完全的扩展格式 。至少具有下列 特性，则可被认为同CAN技术规范兼容： A、每个控制器均支持标准格式； B、每个控制器均接受扩展格式报文，即不 至于因为它们的格式而破坏扩展帧。
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(1)帧起始(SOF)标志数据帧和远程帧的起始， 它仅由一个显位构成。 (2)仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR) 组成。 (3)控制场由6位组成，控制场包括数据长度码 和两个保留位，这两个保留位必须发送显 性位，但接收器认可显位与隐位的全部组 合。 (4)数据场由数据帧中被发送的数据组成，它 可包括0～8个字节，每个字节8位。首先发 送的是最高有效位。
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B、数据场 发送数据字节的数目由数据长度码决定。 地址单元12中的数据字节1的最高位将首先 被发送。 ④接收缓存器层 接收缓存器有两个物理存储区，对应同一 个逻辑地址空间。 ⑤时钟分频寄存器 用来控制微控制器的CLKOUT输出频率。
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2、Intel 82527CAN通信控制器 ①独立的CAN控制器。它可通过并行总线 与各种微控制器接口，也可通过串行口与 无并行总线的微控制器接口。 ②一种可按CAN规程完成串行通信的高集 成度器件 。 ③82527是支持CAN规程2.0B标准和扩展报 文格式的第一个器件。
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二、CAN的技术规范 • 技术规范包括A和B两部分。 2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给 出了标准的和扩展的两种格式。 1、CAN的基本概念 • 报文 总线上的信息以不同格式的报文发送，但 长度有限制。 • 位速率
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• 信息路由 CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结 构的任何信息(如站地址)。 它以包含下列重要概念： 系统灵活性、报文通信、成组、数据相容性 • 优先权 在总线访问期间，标识符定义了一个报文静 态的优先权。 • 远程数据请求 通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请 求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据 帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。
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3．状态寄存器(SR) 状态寄存器的内容影响总线控制器的状态。 状态寄存器对于微控制器作为只读存储 器 出现。 4．中断寄存器(IR) 中断寄存器允许识别中断源，当寄存器的一 个或更多位被置位时，INT引脚被激活。在 该寄存器被微控制器读出后，所有位被 82C200复位。该寄存器对于微控制器作为 只读 存储器出现。
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⑤帧间空间 帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于 前面已经发送报文的“错误认可”站还有 暂停发送场。 间歇场由3个隐位组成。 总线空闲周期可为任意长度。
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4、错误类型和界定 CAN总线中存在5种错误类型 • 位错误 • 填充错误 • CRC错误 • 形式错误 • 应答错误
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• CAN技术规范2．0B定义了数据链路中的 MAC子层和LLC子层的一部分，并描述与 CAN有关的外层。 • MAC子层是CAN协议的核心，它描述由 LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的 认可报文。 • LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知 和恢复管理。
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• 82C200对于微控制器以两部分独立工作的 存储器映像外围设备出现，下面介绍各寄存 器地址分配及功能。 ①地址分配 82C200的地址域由控制段和报文缓存器组 成。被发送的报文必须写入发送缓存器，成 功接收后，微控制器可从接收缓存器读取报 文，然后释放它，准备下次使用。 ②控制段 微控制器与82C200之间的状态、控制和命 令信号的交换在控制段中完成。
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1．控制寄存器(CR) 控制寄存器的内容用于改变82C200的状态， 控制位可被微控制器置位或复位，它将 控 制寄存器作为读写存储器。 2．命令寄存器(CMR) 命令位在82C200的传输层内初始化一种作 用，命令寄存器对于82C200作为读写存储 器出现，若对地址进行读访问，则返回字 节11111111B。
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• 应答 所有接收器均对接收报文的相容性进行检 查，回答一个相容报文，并标注一个不相 容报文。 • 睡眠方式及唤醒 为降低系统功耗，CAN器件可被置于无任 何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总 线的驱动器。
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2、CAN节点的分层结构 • CAN分为数据链路层(包括逻辑链路控制子层 LLC和媒体访问控制子层MAC)和物理层。 • 在CAN技术规范2．0A的版本中，数据链路 层的LLC和MAC子层的服务和功能被描述为 “目标层”和“传送层”。 • LLC子层的主要功能 物理层的功能
3、报文传送及其帧结构
• 发送器 接收器 • 构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场 和CRC序列均借助位填充规则进行编码。 • 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不 进行填充。出错帧和超载帧也是采用固定格式， 也不进行位填充。 • 报文中的位流按照非归零(NRZ)码方法编码 。
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• 正常输出方式： 位序列(TXD)通过CTX0和CTXl被传送。 • 时钟输出方式：对于引脚CTX0，这种方式 与正常输出方式相同。而CTXl的数据流被 发送时钟代替，发送时钟的上升沿标志位 周期的开始，时钟脉冲宽度为tSCL。 • 双相输出方式：与正常输出方式相反，位 出现时间是可变的，并且是可触发的。
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• CAN总线中，任何一个单元可能处于下列三 种故障状态之一：错误激活、错误认可和总 线关闭。 • 为了界定故障，在每个总线单元中都设有两 种计数： 发送出错计数和接收出错计数。 这些计数按照（书94-95）规则进行(在给定 报文传送期间，可应用其中一个以上的规则)。
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5．验收码寄存器(ACR) 验收码寄存器是82C200的验收滤波器的一 部分，若复位请求位被置为高，该寄存器 可被访问。 6．验收屏蔽寄存器(AMR) 7．总线定时寄存器0(BTR0) 总线定时寄存器0的内容决定波特率预分频 器(BRP)和同步跳转宽度(SJW)的数值。 8．总线定时寄存器1（BTR1） 总线定时寄存器1的内容为周期宽度、采样 点位置和在每个采样点获取采样的数目。
⑤CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路 。 ⑥采用短帧结构，具有极好的检错效果。 ⑦CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措 施，保证了数据出错率极低。 ⑧CAN的通信介质可选择灵活。 ⑨CAN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。
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• CAN属于总线式串行通信网络，由于其采用了 许多新技术及独特的设计，其数据通信具有突 出的可靠性、实时性和灵活性。特点： ①CAN为多主方式工作 ，可方便地构成多机 备份系统。 ②CAN网络上的节点信息分成不同的优先级。 ③CAN采用非破坏性总线仲裁技术，在网络负 载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。 ④CAN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”。 2018/11/22 2
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9．输出控制寄存器(OCR) 在软件的控制下，输出控制寄存器可建立输 出驱动器的不同配置。 若82C200处于睡眠方式(Sleep位为高)，隐 性电平在引脚CTX0和CTXl输出。 若82C200处于复位状态(复位请求位为高)， 则输出驱动器悬浮。 由输出控制寄存器中两位输出方式 (OCMODE1，OCMODE0)可确定的4种输 出方式：
• 报文传送由4种不同类型的帧表示和控制 数据帧携带数据由发送器至接收器；远程 帧通过总线单元发送，以请求发送具有相 同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线 错误的任何单元发送；超载帧用于提供当 前的和后续的数据帧的附加延迟。
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①数据帧
• 数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、 仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场和帧结束。 • 在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其 主要区别在于标识符的长度，具有11位标 识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符 的帧称为扩展帧。
2018/11/22ຫໍສະໝຸດ Baidu5
• 多主站 • 仲裁 总线访问冲突运用逐位仲裁规则。 • 安全性 检测错误 • 出错标注和恢复时间 已损报文由检出错误的任何节点进行标注。 如果不存在新的错误，自检出错误至下一个 报文开始发送的恢复时间最多为29个位时间。
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• 故障界定 CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰 动，可自动关闭故障节点。 • 连接 • 单通道 由单一进行双向位传送的通道组成的总线， 借助数据重同步实现信息传输。 • 总线数值表示 总线上具有两种互补逻辑数值；显性电平 或隐性电平。
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• 测试输出方式：对于引脚CTX0，这种方式 与正常方式相同。为测试发送和接收之间 的延迟时间，这种方式将输入比较器的输 出端与CTXl输出驱动器的输入端连接起来， 此方式仅用于测试。 10、测试寄存器 测试寄存器仅用于生产测试
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③发送缓存层 该缓存区用于存储由微控制器送至82C200的被发 送报文。 它分为描述符和数据场。发送缓存器可借助微控制 器写入或读出。 A、描述符 (1)标识符(1D) (2)远程发送请求位(RTR) (3)数据长度码(DLC) 数据字节计数的范围为。0—8个字节，并被编码为： 数据字节数 =8×DLC.3+4×DLC.2+2×DLC.1+DLC.0
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三、 CAN总线有关器件介绍
1、CAN通信控制器82C200 CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。 CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分 和与微控制器接口部分电路组成。 82C200有PCA 82C200和PCF82C200两 种类型。
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控制器主要由下述几部分构成： (1)接口管理逻辑 (2)发送缓存器 (3)接收缓存器 (4)位流处理器 (5)位定时逻辑 (6)收发逻辑 (7)错误管理逻辑 (8)控制器接口逻辑
控制器局域网总线——CAN
一、CAN的性能特点 CAN(Controller Area Network)即控制器局域 网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设 计，CAN越来越受到人们的重视。国外已有许 多大公司的产品采用了这一技术。 CAN已经形成国际标准。它是一种多主机局域 网，由于其性能卓越，现已广泛应用于工业自 动化、多种控制设备，交通设备、医疗仪器以 及建筑、环境控制等众多部门。
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(5)CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。 (6)应答场(ACK)为两位，包括应答间隙和应答 界定符。 (7)帧结束：每个数据帧和远程帧均由7个隐位 组成的标志序列界定。
②远程帧 远程帧由6个不同分位场组成：帧起始、仲 裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。
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③出错帧 出错帧由两个不同场组成，第一个场由来 自各站的错误标志叠加得到，后随的第二 个场是出错界定符。 错误标志具有两种形式，一种是活动错误 标志，一种是认可错误标志，活动错误标 志由6个连续的显位组成，而认可错误标志 由6个连续的隐位组成。
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④超载帧 超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定 符。 超载条件： A、一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧 的接收器的内部条件； B、另一个是在间歇场检测到显位。 超载标志由6个显位组成。 超载界定符由8个隐位组成。
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5、位定时与同步 6、CAN总线媒体装置特性 （基于双绞线的建议 ） 将连接于总线的每个节点称为电子控制装置 (ECU)。总线每个末端均接有以RL表示的抑 制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部 的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、 单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。 总线可具有两种逻辑状态：隐性或显性
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• 新型控制器必须执行标准格式，但不要求 必需执行完全的扩展格式 。至少具有下列 特性，则可被认为同CAN技术规范兼容： A、每个控制器均支持标准格式； B、每个控制器均接受扩展格式报文，即不 至于因为它们的格式而破坏扩展帧。
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(1)帧起始(SOF)标志数据帧和远程帧的起始， 它仅由一个显位构成。 (2)仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR) 组成。 (3)控制场由6位组成，控制场包括数据长度码 和两个保留位，这两个保留位必须发送显 性位，但接收器认可显位与隐位的全部组 合。 (4)数据场由数据帧中被发送的数据组成，它 可包括0～8个字节，每个字节8位。首先发 送的是最高有效位。
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B、数据场 发送数据字节的数目由数据长度码决定。 地址单元12中的数据字节1的最高位将首先 被发送。 ④接收缓存器层 接收缓存器有两个物理存储区，对应同一 个逻辑地址空间。 ⑤时钟分频寄存器 用来控制微控制器的CLKOUT输出频率。
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2、Intel 82527CAN通信控制器 ①独立的CAN控制器。它可通过并行总线 与各种微控制器接口，也可通过串行口与 无并行总线的微控制器接口。 ②一种可按CAN规程完成串行通信的高集 成度器件 。 ③82527是支持CAN规程2.0B标准和扩展报 文格式的第一个器件。
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二、CAN的技术规范 • 技术规范包括A和B两部分。 2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给 出了标准的和扩展的两种格式。 1、CAN的基本概念 • 报文 总线上的信息以不同格式的报文发送，但 长度有限制。 • 位速率
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• 信息路由 CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结 构的任何信息(如站地址)。 它以包含下列重要概念： 系统灵活性、报文通信、成组、数据相容性 • 优先权 在总线访问期间，标识符定义了一个报文静 态的优先权。 • 远程数据请求 通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请 求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据 帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。
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3．状态寄存器(SR) 状态寄存器的内容影响总线控制器的状态。 状态寄存器对于微控制器作为只读存储 器 出现。 4．中断寄存器(IR) 中断寄存器允许识别中断源，当寄存器的一 个或更多位被置位时，INT引脚被激活。在 该寄存器被微控制器读出后，所有位被 82C200复位。该寄存器对于微控制器作为 只读 存储器出现。
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⑤帧间空间 帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于 前面已经发送报文的“错误认可”站还有 暂停发送场。 间歇场由3个隐位组成。 总线空闲周期可为任意长度。
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4、错误类型和界定 CAN总线中存在5种错误类型 • 位错误 • 填充错误 • CRC错误 • 形式错误 • 应答错误
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• CAN技术规范2．0B定义了数据链路中的 MAC子层和LLC子层的一部分，并描述与 CAN有关的外层。 • MAC子层是CAN协议的核心，它描述由 LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的 认可报文。 • LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知 和恢复管理。
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• 82C200对于微控制器以两部分独立工作的 存储器映像外围设备出现，下面介绍各寄存 器地址分配及功能。 ①地址分配 82C200的地址域由控制段和报文缓存器组 成。被发送的报文必须写入发送缓存器，成 功接收后，微控制器可从接收缓存器读取报 文，然后释放它，准备下次使用。 ②控制段 微控制器与82C200之间的状态、控制和命 令信号的交换在控制段中完成。
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1．控制寄存器(CR) 控制寄存器的内容用于改变82C200的状态， 控制位可被微控制器置位或复位，它将 控 制寄存器作为读写存储器。 2．命令寄存器(CMR) 命令位在82C200的传输层内初始化一种作 用，命令寄存器对于82C200作为读写存储 器出现，若对地址进行读访问，则返回字 节11111111B。
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• 应答 所有接收器均对接收报文的相容性进行检 查，回答一个相容报文，并标注一个不相 容报文。 • 睡眠方式及唤醒 为降低系统功耗，CAN器件可被置于无任 何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总 线的驱动器。
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2、CAN节点的分层结构 • CAN分为数据链路层(包括逻辑链路控制子层 LLC和媒体访问控制子层MAC)和物理层。 • 在CAN技术规范2．0A的版本中，数据链路 层的LLC和MAC子层的服务和功能被描述为 “目标层”和“传送层”。 • LLC子层的主要功能 物理层的功能
3、报文传送及其帧结构
• 发送器 接收器 • 构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场 和CRC序列均借助位填充规则进行编码。 • 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不 进行填充。出错帧和超载帧也是采用固定格式， 也不进行位填充。 • 报文中的位流按照非归零(NRZ)码方法编码 。
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