CAN通信技术.ppt
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– 数据帧、远程帧、出错帧、超载帧
• 数据帧携带数据，由发送器传送至接收器 • 远程帧用以请求总线上的相关单元发送具
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
CAN的帧结构
• 数据帧由7个不同的位场（域）组成：
– 帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应 答场、帧结束
wenku.baidu.com 数据场包含被传送的数据，可包括0-8个8位 的字节，先发送最高有效位。
• CRC场：15位的CRC序列，1个隐位的CRC 界定符
• 应答场2位：1位应答间隙，1位应答界定符
– 发送器在应答间隙发送1位隐位，接收器在正确 接收到报文后在应答间隙发送1位显位。
– 应答界定符为隐位
远程帧
• 远程帧由6个场组成：帧起始、仲裁场、控制 场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧不存 在数据场。
– 远程发送请求位（RTR）用于区分数据帧与远程帧
• 在数据帧中RTR位必须是显位 • 在远程帧中RTR位必须为隐位。
• 扩展帧仲裁场的组成
– 29位标识符位：ID.28至ID.0 – 远程请求替代位SRR (Substitute Remote Request)：
• 设置SRR为保持扩展帧与标准帧的格式兼容 • 扩展帧中的SRR为隐位
– 帧起始位（1个显位），表示标志帧的开始 – 中间有仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答
场 – 帧结束（7个隐位） – 数据场长度可为零
CAN数据帧的组成
CAN2.0A与CAN2.0B
• CAN2.0A与CAN2.0B是1991年颁布的CAN技术规范的两 个部分
– CAN2.0A只有标准帧一种帧格式 – CAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种
• 远程帧的RTR位必须是隐位。
出错帧
• 出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的 出错标志叠加得到，第二个场是出错界定符
• 错误标志具有两种形式：
– 活动出错标志(Active error flag)，由6个连续的显位组 成
• CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 • CAN网络上的节点具有不同的优先级，
– 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，而最高优先级的节点可不受影响地 继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。
– 可满足对实时性的不同要求 – 高优先级的数据可在134微秒内得到传输
• 通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局 广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”
• 标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场 – 标准帧具有11位标识符 – 扩展帧具有29位标识符
• 标准帧的仲裁场由11位标识符和远程发送请求位RTR(Remote Transmission Request)组成
– 仲裁场的11位标识符从高位到低位顺序发送，最低位为ID.0，最高 位为ID.10，其中的高7位（ID.10－ID.3）不能全为隐位。
– 标识扩展位IDE (Identifier Extension)：
• 标识扩展位IDE在标准帧中为显位,在扩展帧中为隐位
– 远程发送请求位RTR组成
• 控制场由6位组成
• 在扩展格式中控制场包括4位数据长度码DLC和 2位保留位，
• 在标准格式中控制场包括4位数据长度码DLC、 1位保留位、1位标识扩展位IDE
物理层
位编码/解码；位定时；同步； 驱动器/接收器特性
CAN节点的网络连接
CAN总线信号的显位与隐位
• 显位(0)
– VCANH： 3.5v – VCANL 1 1.5v
• 隐位(1)
– VCANH 2.5v – VCANL 2.5v
• 显位可改 写隐位
CAN通信帧的类型
• 4种不同类型的帧：
• 最初为汽车测控数据通信而设计的CAN ，现已 在多领域被广泛采用
– 航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业 – 火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机
床、智能传感器、过程自动化仪表等
CAN的主要技术特点
• CAN网络上的节点不分主从
– 任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送 信息，通信方式灵活
– 媒体访问控制子层MAC » MAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、 错误检测、出错标定和故障界定
• 物理层
– 物理层规定了节点的全部电气特性
数据链路层
逻辑链路子层 接收滤波 超载通知 恢复管理
媒体访问控制子层 数据封装/拆装 帧编码（填充/解除填充） 媒体访问管理 错误监测 出错标定 应答 串行化/解除串行化
工业数据通信与控制网络
第4讲 CAN通信技术
阳宪惠
清华大学自动化系
CAN简介
• CAN[Controller Area Network]是控制器局 域网的简称
• 它是德国Bosch公司在1986年为解决现代汽车 中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一 种串行数据通信总线
• 现已被列入ISO国际标准ISO11898
• CAN节点具有良好的检错功能，出错率低
– 节点中均有错误检测、标定和自检能力。
• 具有发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等。
• 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。
• CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选 择灵活。
• CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式
– 相当于未连接到总线驱动器 – 可降低系统功耗 – 其睡眠状态可借助总线激活或者系统的内部条件被唤醒。
CAN通信技术
• CAN的通信参考模型
– CAN的通信模型的分层结构
• 数据链路层
– 包括逻辑链路控制子层LLC » LLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服 务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并为恢 复管理和通知超载提供信息
• CAN的直接通信距离
– 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总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般 为
– 可达110个；
• 报文标识符：
– CAN2.0A为2032种 – CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制
• CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低
• 数据帧携带数据，由发送器传送至接收器 • 远程帧用以请求总线上的相关单元发送具
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
CAN的帧结构
• 数据帧由7个不同的位场（域）组成：
– 帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应 答场、帧结束
wenku.baidu.com 数据场包含被传送的数据，可包括0-8个8位 的字节，先发送最高有效位。
• CRC场：15位的CRC序列，1个隐位的CRC 界定符
• 应答场2位：1位应答间隙，1位应答界定符
– 发送器在应答间隙发送1位隐位，接收器在正确 接收到报文后在应答间隙发送1位显位。
– 应答界定符为隐位
远程帧
• 远程帧由6个场组成：帧起始、仲裁场、控制 场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧不存 在数据场。
– 远程发送请求位（RTR）用于区分数据帧与远程帧
• 在数据帧中RTR位必须是显位 • 在远程帧中RTR位必须为隐位。
• 扩展帧仲裁场的组成
– 29位标识符位：ID.28至ID.0 – 远程请求替代位SRR (Substitute Remote Request)：
• 设置SRR为保持扩展帧与标准帧的格式兼容 • 扩展帧中的SRR为隐位
– 帧起始位（1个显位），表示标志帧的开始 – 中间有仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答
场 – 帧结束（7个隐位） – 数据场长度可为零
CAN数据帧的组成
CAN2.0A与CAN2.0B
• CAN2.0A与CAN2.0B是1991年颁布的CAN技术规范的两 个部分
– CAN2.0A只有标准帧一种帧格式 – CAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种
• 远程帧的RTR位必须是隐位。
出错帧
• 出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的 出错标志叠加得到，第二个场是出错界定符
• 错误标志具有两种形式：
– 活动出错标志(Active error flag)，由6个连续的显位组 成
• CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 • CAN网络上的节点具有不同的优先级，
– 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，而最高优先级的节点可不受影响地 继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。
– 可满足对实时性的不同要求 – 高优先级的数据可在134微秒内得到传输
• 通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局 广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”
• 标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场 – 标准帧具有11位标识符 – 扩展帧具有29位标识符
• 标准帧的仲裁场由11位标识符和远程发送请求位RTR(Remote Transmission Request)组成
– 仲裁场的11位标识符从高位到低位顺序发送，最低位为ID.0，最高 位为ID.10，其中的高7位（ID.10－ID.3）不能全为隐位。
– 标识扩展位IDE (Identifier Extension)：
• 标识扩展位IDE在标准帧中为显位,在扩展帧中为隐位
– 远程发送请求位RTR组成
• 控制场由6位组成
• 在扩展格式中控制场包括4位数据长度码DLC和 2位保留位，
• 在标准格式中控制场包括4位数据长度码DLC、 1位保留位、1位标识扩展位IDE
物理层
位编码/解码；位定时；同步； 驱动器/接收器特性
CAN节点的网络连接
CAN总线信号的显位与隐位
• 显位(0)
– VCANH： 3.5v – VCANL 1 1.5v
• 隐位(1)
– VCANH 2.5v – VCANL 2.5v
• 显位可改 写隐位
CAN通信帧的类型
• 4种不同类型的帧：
• 最初为汽车测控数据通信而设计的CAN ，现已 在多领域被广泛采用
– 航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业 – 火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机
床、智能传感器、过程自动化仪表等
CAN的主要技术特点
• CAN网络上的节点不分主从
– 任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送 信息，通信方式灵活
– 媒体访问控制子层MAC » MAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、 错误检测、出错标定和故障界定
• 物理层
– 物理层规定了节点的全部电气特性
数据链路层
逻辑链路子层 接收滤波 超载通知 恢复管理
媒体访问控制子层 数据封装/拆装 帧编码（填充/解除填充） 媒体访问管理 错误监测 出错标定 应答 串行化/解除串行化
工业数据通信与控制网络
第4讲 CAN通信技术
阳宪惠
清华大学自动化系
CAN简介
• CAN[Controller Area Network]是控制器局 域网的简称
• 它是德国Bosch公司在1986年为解决现代汽车 中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一 种串行数据通信总线
• 现已被列入ISO国际标准ISO11898
• CAN节点具有良好的检错功能，出错率低
– 节点中均有错误检测、标定和自检能力。
• 具有发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等。
• 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。
• CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选 择灵活。
• CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式
– 相当于未连接到总线驱动器 – 可降低系统功耗 – 其睡眠状态可借助总线激活或者系统的内部条件被唤醒。
CAN通信技术
• CAN的通信参考模型
– CAN的通信模型的分层结构
• 数据链路层
– 包括逻辑链路控制子层LLC » LLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服 务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并为恢 复管理和通知超载提供信息
• CAN的直接通信距离
– 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总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般 为
– 可达110个；
• 报文标识符：
– CAN2.0A为2032种 – CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制
• CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低