汽车通信-CAN总线详解

CAN总线及应用实例

（1）CAN特点

●CAN为多主方式工作，网络上任意智能节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，且无需站地址等节点信息，通信方式灵活。利用这特点可方便地构成多机备份系统。

●CAN网络上的节点信息分成不同的优先级(报文有2032种优先权)，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134,us内得到传输。

●CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，大大节省了总线冲突仲裁时间。

●CAN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收发数据，无需专门“调度”。

●CAN的直接通信距离最远可达l 0km(速率5kbp以下)：通信速率最高可达Mbps(此时通信距离最长为40m) 。

●CAN上的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2032种(CAN2.0A)，而扩展(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制。

（2）CAN总线协议

CAN协议以国际标准化组织的开放性互连模型为参照，规定了物理层、传输层和对象层，实际上相当于ISO网络层次模型中的物理层和数据链路层。图3.9 为CAN总线网络层次结构，发送过程中，数据、数据标识符及数据长度，加上必要的总线控制信号形成串行的数据流，发送到串行总线上，接收方再对数据流进行分析，从中提取有效的数据。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，数据在网络上通过广播方式发送。其优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制(实际中受网络硬件的电气特性限制)，还可使同一个通信数据块同时被不同的节点接收，这在分布式控制系统中非常有用。CAN 2.0A版本规定标准CAN的标识符长度为11位，同时在2.0 B版本中又补充规定了标识符长度为29位的扩展格式，因此理论上可以定义2的11次方或2的19次方种不同的数据块。遵循CAN 2.0 B协议的CAN控制器可以发送和接收标准格式报文(11位标识符)或扩展格式报文(29位标识符)，如果禁止CAN 2.0B则CAN控制器只能发送和接收标准格式报文而忽略扩展格式的报文，但不会出现错误。每个报文数据段长度为0-8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及检测数据传送的一般要求。同时，8个字节占用总线时间不长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

(3)报文传送和帧结构

CAN总线以报文为单位进行信息传送。报文中包含标识符，它标志了报文的优先权。CAN总线上各个节点都可主动发送。如同时有两个或更多节点开始发送报文，采用标识符ID来进行仲裁，具有最高优先权报文节点赢得总线使用权，而其他节点自动停止发送。在总线再次空闲后，这些节点将自动重发原报文。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息。报文中的标识符并不指出报文的目的地址，而是描述数据的含义。网络

中的所有节点都可有标识符来自动决定是否接收该报文。每个节点都有标识符寄存器和屏蔽寄存器，接收到的报文只有与该屏蔽的功能相同时，该节点才开始正式接收报文，否则它将不理睬标识符后面的报文。

CAN支持4种不同类型报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧、帧间空间

1）数据帧用于在各个节点之间传送数据或命令，它有7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束，如图3.10-13所示。

帧起始ACK场

图3.10 数据帧

●帧起始标志数据帧的开始。它由一个主控位构成。

●仲裁场由11位标识符(M)和远程发送请求位(RTR)组成，其中最高7位。

不能全是隐性位。M决定了报文的优先权。如主控位为0,隐性位为1，则M的数值越小，优先权越高。对数据帧，RTR为主控电平。

●控制场r1和r0为保留位，应发送主控电平。DLC为数据长度码n，它为0-80

●数据场允许的数据字节长度为0－8，由n决定。

●应答场包括应答位和应答分隔符。发送站发出的这两位均为隐性电平。而正确地接收到有效报文的接收站，在应答位期间应传送主控电平给发送站。应答分隔符为隐性电平。

●帧结束由7位隐性电平组成。

图3.11 仲裁场

扩展格式

图3.12仲裁场扩展格式

图3.13 控制场

以上为标准格式的数据帧，除此之外，在CAN规范2.0 B中，还定义了扩展格式的数据帧，它的标识符扩展为29位。它的前11位标识符后的两位为SRR和ME，它们均为隐性电平，后面为新增的18位标识符，其余与标准格式相同。

2）远程帧

帧起始ACK场

图3.14 远程帧

3）出错帧

图3.15 出错帧

1）超载帧

或超载帧

超载帧 帧结束或 帧间空间

超载标志

超载标志叠加

超载界定符

超载界定符 错误界定符

图3.16 超载帧

（4）CAN 通信接口

图3.17是CAN 通信部分电路，SJA1000是一种独立用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。它是Philips 半导体公司PCA82C200CAN 控制器(BasicCAN)的替代品，而且它增加了一种新的操作模式－PeliCAN ，这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B 的协议， 独立的CAN 控制器有 2 个不同的操作模式：BasicCAN 模式和PeliCAN 模式其中BasicCAN 模式可和PCA82c250相兼容BasicCAN 模式是上电后默认的操作模式，因此用PCA82C250（是协议控制器和物理传输线路之间收发器）开发的已有硬件和软件可以直接在SJA1000 上使用而不用作任何修改；PeliCAN 模式是新的操作模式它能够处理所有CAN2.0B 规范的帧类型而且它还提供一些增强功能和SJA1000 能应用于更宽的领域。

图3.17 CAN 通信部分电路

1）SJA1000 的特征能分成3组：

①已建立的PCA82C200 功能这组的功能已经在PCA82C200 里实现。

② 改良的PCA82C200 功能这组功能的部份已经在PCA82C200 里实现但是在SJA1000里这些功能在速度大小和性能方面得到了改良。

③PeliCAN 模式的增强功能在PeliCAN 模式里SJA1000 支持一些错误分析功能支持系统