can總線基本概念

CAN  是Controller Area Network  的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議,。在汽車產(chǎn)業(yè)中,，出于對安全性,、舒適性、方便性,、低公害,、低成本的要求，各種各樣的電子控制 系統(tǒng)被開發(fā)了出來,。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同,，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加,。為適應(yīng)“減少線束的 數(shù)量”,、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要,，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議,。此后，CAN  通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化,，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議,。

CAN總線使用總結(jié)

一，can總線是由德國BOSCH公司提出,，目的是為了解決汽車內(nèi)部硬件信號線的復(fù)雜走線

二,，CAN：controller area area：控制器局域網(wǎng)絡(luò)

三，can總線的特點：

        與一般的通信總線相比,，ＣＡＮ總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性,、實時性和靈活性。

　?。?，CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息,，不分主從

　?。玻茫粒喂?jié)節(jié)點只需通過對報文的標志符進行濾波就可以方便的實現(xiàn)點對點,，點對多點及全局廣播等

幾種傳送接收方式,；

　　３,，ＣＡＮ總線采用非破壞總線仲裁技術(shù),。當發(fā)生沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動退出發(fā)送,，而優(yōu)先級高

的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在負載很重的情況下，也不

會出現(xiàn)癱瘓情況（以太網(wǎng)則可能）,。

　?。矗趫笪臉俗R符上,，ＣＡＮ上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級,，可滿足不同的實時要求，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)

最多可在１３４us內(nèi)得到傳輸,；

　?。担茫粒蔚闹苯油ㄐ啪嚯x最遠可達１０ＫＭ（速率在５kbps以下）,，通信速率最高可達１Ｍbps,，　

（此時通信距離最長為４０m）；

　?。?，ＣＡＮ上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達１１０個,；

　?。罚瑘笪牟捎枚處Y(jié)構(gòu),，傳輸時間短,，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低,；

　　８,，ＣＡＮ的每幀信息都在ＣＲＣ校驗及其他檢錯措施,，具有極好的檢錯效果；

　?。?，ＣＡＮ的通信介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜或光纖,，選擇靈活,；

　　１０,，ＣＡＮ節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響；

　?。保?，ＣＡＮ總線具有較高的性價比。

四，can總線的系統(tǒng)構(gòu)成及數(shù)據(jù)傳輸原理

   （一）,，系統(tǒng)構(gòu)成

         1,，CAN控制器：接收來自微控制器的數(shù)據(jù)，并處理發(fā)送給收發(fā)器,，同時,，也接收來自收發(fā)器的數(shù)據(jù)，處理傳給微控制器,。

        2,，CAN收發(fā)器：總線驅(qū)動

四，can總線的的通信協(xié)議

（一）,，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

              可分為三個層：目標層,，傳送層，物理層,，如下圖所示

              物理層：規(guī)定了信號的傳輸過程中的電氣特性（如傳輸方式及傳輸介質(zhì)）及信號特性,；

              傳送層：幀組織，總線仲裁,，錯誤檢測等,；

              目標層：信息識別，為應(yīng)用層提供接口,；

其上述分層按iso/osi也可以分為兩層：物理層,，數(shù)據(jù)鏈路層（即目標層和傳送層）。

（二）,，位表達

CAN協(xié)議中有兩種邏輯位表達方式

1. 當總線線上發(fā)送的都是弱位時,，總線的狀態(tài)就是弱位（邏輯1）；

2.當總線上有強位出現(xiàn)時,，弱位信號讓位于強位信號,，即總線上顯示強位信號（邏輯0）；

（三）,，幀類型

1. 數(shù)據(jù)幀：傳送數(shù)據(jù),，攜帶數(shù)據(jù)從一個節(jié)點到另一個節(jié)點或多個節(jié)點，結(jié)構(gòu)如下圖(標準格式)所示,。

數(shù)據(jù)幀由7種不同的位域組成：起始域,，仲裁域，控制域,，數(shù)據(jù)據(jù)域,，CRC域，應(yīng)答域,，幀結(jié)束域,。

        起始域：表示數(shù)據(jù)幀或遠程幀的開始,，它由一個強位組成，主要用于接收狀態(tài)下的CAN控制器的硬同

步,。

        仲裁域：由信息標志符及RTR位組成,，當多個CAN控制器同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，在仲裁域要進行面向位的

沖突仲裁,。對于標準格式里,，標志符由11位組成，用于提供信息地址和優(yōu)先級,，其發(fā)送的順序為ID28~ID18

（注：高7位不允許均為弱的現(xiàn)象）,；對于擴展格式，仲裁域由１１位的基本ＩＤ（ID28~ID18）和１８位

的擴展ＩＤ（ＩＤ１７~ＩＤ０）組成,，格式與標準格式略有不同,，詳見書Ｐ２５。ＲＴＲ為：遠地請求發(fā)

送位,，數(shù)據(jù)幀里為顯性,，遠程幀里為隱性。當can總線上接收節(jié)點想請求某節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時,，就向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)

送一遠程幀,，用標志符指出節(jié)點地址，同時置RTR位為高,。如果尋址節(jié)點立即發(fā)送數(shù)據(jù),，則使用相同的標

志符，總線不會產(chǎn)生沖突,，因為此時數(shù)據(jù)幀的RTR位為低（數(shù)據(jù)強位）,。在擴展幀里ＳＲＲ位取代了RTR

位。

       控制域：由6個位組成,，包括2個保留位（IDE,，ro）用于CAN協(xié)議擴展，4位數(shù)據(jù)長度碼,，允許數(shù)據(jù)的

長度值為0~8。

       數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)按照長度碼指示的數(shù)據(jù)長度進行發(fā)送,，接收的數(shù)據(jù)同樣如此,，第一個字節(jié)的最高有

效位第一個被發(fā)送/接收。

       循環(huán)冗余校驗域（CRC）：由CRC序列位（15位）和一個CRC邊界符（1個弱位）組成,。CRC的范圍

包括起始域,、仲裁域、控制域,、數(shù)據(jù)域,、CRC序列,。之所以選用這種幀校驗方式，因為：這種CRC碼對于

少于127位的幀最佳,。

        應(yīng)答域：應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)送的兩位弱位組成（應(yīng)答空隙和應(yīng)答分界位）,，當接收器正確地接收到有

效的報文時，接收器就會在應(yīng)答間隙期間（發(fā)送ＡＣＫ信號）向發(fā)送器發(fā)送一顯性位以示應(yīng)答,。因此發(fā)送節(jié)

點一直監(jiān)測總線信號以確認網(wǎng)絡(luò)中至少有一個節(jié)點正確接收到發(fā)信息,。應(yīng)答分界位是應(yīng)答域中的第二個弱

位，有此可見,，應(yīng)答空隙兩邊有兩個弱位：CRC分界位和應(yīng)答分界位,。

       幀結(jié)束域：每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀一串7位的弱位幀結(jié)束域結(jié)束。

2. 遠程幀：請求數(shù)據(jù)

遠程幀由6個域組成：起始域,、仲裁域,、控制域、CRC域,、應(yīng)答域,、幀結(jié)束域。

遠程幀與數(shù)據(jù)幀不同之處在于：RTR位為高,，無數(shù)據(jù)域,。

3. 錯誤指示幀：用于指示傳送過程中的錯誤信息

     錯誤指示幀由兩個不同的域組成：第一個域反映來自控制器的錯誤標志，第二個域為錯誤分界符,。

            錯誤標志：有兩種,，一個由6個強位組成的主動錯誤標志；另一個由6個弱位組成的被動錯誤標志,，

它是被其他CAN控制器強位改寫,。 處于主動錯誤狀態(tài)的CAN節(jié)點檢測到錯誤發(fā)出主動錯誤標志，該錯誤標

志不滿足位填充規(guī)則,，或者是破壞應(yīng)答域或結(jié)束域固定格式,，所有其他節(jié)點都檢測到錯誤狀態(tài)，并發(fā)出該錯

誤標志,。因此,，這些從總線上監(jiān)測到的強位串是不同節(jié)點發(fā)出錯誤標志的結(jié)果，這一標志最短為6個,，最長

為12個,。被動錯誤標志（不太理解。,。,。后續(xù)）

          錯誤分界：它由8個弱位組成，與過載分界有相同的格式,，當錯誤標志發(fā)生后,，每一個CAN節(jié)點監(jiān)測

總線,，直到檢測到一個強位出現(xiàn)，這表明所有CAN節(jié)點已經(jīng)完成錯誤標志的發(fā)送,，并開始發(fā)送8個弱位的分

界符,，之后網(wǎng)絡(luò)上的主動錯誤節(jié)點便可同時開始其他的發(fā)送。如果數(shù)據(jù)幀或遠程幀在發(fā)送過程中發(fā)現(xiàn)錯誤

后,，當前的信息作廢,，并啟動重新發(fā)送。如果CAN節(jié)點發(fā)現(xiàn)錯誤指示幀錯誤,，則重發(fā),，當連續(xù)多次出現(xiàn)此錯

誤時，則相應(yīng)的節(jié)點變?yōu)楸粍渝e誤節(jié)點,。為正確結(jié)束錯誤標志,，被動態(tài)節(jié)點需要至少3個位周期。

4. 過載幀：用于后續(xù)幀的延時

過載幀由兩個域組成：過載標志和過載分界,。

以下情況可以導(dǎo)致過載幀發(fā)送：

                                    （1）. 接收未準備好即接收方需要過多的時間處理當前的數(shù)據(jù),；

                                     （2）.在幀間空隙的第一位或第二位發(fā)現(xiàn)顯性位信號；

過載幀發(fā)送條件：

                                    （1）.在幀間空隙域的第一個位周期,；

                                     （2）.在幀間空隙域中檢測到強位信號一個位周期后,，方可啟動過載幀發(fā)送。

過載標志：由6個顯性位組成,，與錯誤標志格式相同,，當超載標志發(fā)生后，每個節(jié)點監(jiān)測總線狀態(tài),，當發(fā)

現(xiàn)線上有弱位后,，此時所有節(jié)點已完成超載標志的發(fā)送，并開始發(fā)8個弱位串,；

過載分界符：由8個隱性位組成,，與錯誤分界符格式相同；

英飛凌（infineon）單片機ＸＣ８００之ＣＡＮ總線

    CAN內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu),，如下圖所示

一,，CAN處理機制

     發(fā)送：根據(jù)報文緩存中的報文對象，由位流處理器產(chǎn)生的通過can總線發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和過程幀,，即從報

文緩存中取出的報文對象,，位流處理器給它加上起始域，結(jié)束域和CRC校驗數(shù)據(jù),，組成一個完整的數(shù)據(jù)幀

和遠程幀，此時位流控制器還在對總線進行監(jiān)測,，當發(fā)現(xiàn)總線空閑時,，就啟動數(shù)據(jù)的傳送,，傳送過程中監(jiān)測

總線的信息，當發(fā)現(xiàn)與傳送的信息不相符時,，就會產(chǎn)生一個“最近錯誤”中斷請求,。

    接收：數(shù)據(jù)幀或遠程幀通過總結(jié)接口，到CAN節(jié)點,，位流控制器對其進行CRC域進行檢測,，驗證數(shù)據(jù)的

一致性，當檢測到錯誤時,，產(chǎn)生一個“最近錯誤”中斷請求,，并產(chǎn)生一個錯誤幀，發(fā)送到總線上,。對一個無

錯誤的幀,，位流處理器將它分解成數(shù)據(jù)部分和標識符部分，列表控制器將其以鏈表的形式存儲于報文緩存

中,，執(zhí)行遠程幀或數(shù)據(jù)幀處理,。

    在上述數(shù)據(jù)傳送和處理過程中，會出現(xiàn)一些狀態(tài)字,，指示操作完成或出現(xiàn)錯誤,，這些狀態(tài)字或引發(fā)中

斷，進行中斷處理,。

二,，從上述結(jié)構(gòu)框圖可以看出，主要包括：CAN節(jié)點,，報文控制器,，中斷處理單元

（一），CAN節(jié)點

（1）,，位流控制器（Bitstream Prosessor）

        主要任務(wù)：處理數(shù)據(jù)幀,，遠程幀，錯誤幀和過載幀,，同時還進行串行數(shù)據(jù)流與輸入/輸出寄存器之間

轉(zhuǎn)換工作（Perdiv data frame ,remote frame ,error frame and overload,conversion thd seiral data

stream and the input/output register),。

      詳述：位流控制器：對于發(fā)送：根據(jù)報文緩存中的報文對象，由位流處理器產(chǎn)生通過ＣＡＮ總線的數(shù)據(jù)

幀和遠程幀,。該的控制器控制ＣＲＣ產(chǎn)生器,，且給新的遠程幀和數(shù)據(jù)幀加上校驗和信息。在加入‘幀起始

位’和‘幀

結(jié)束域’之后,，位流處理器開始ＣＡＮ總線仲裁過程,，且當發(fā)現(xiàn)總線空閑時連續(xù)進行幀發(fā)送。進行數(shù)據(jù)發(fā)送

的同時,，位流控制器連續(xù)地監(jiān)測I/Ｏ線的的電平和發(fā)送移位寄存器當前送出位的邏輯狀態(tài)之間檢測到失配,，

產(chǎn)生一個‘最近錯誤’中斷請求,，錯誤碼由位域ＮSRX.LEC給出。

　　　　　對于接收：通過驗證ＣＲＣ相關(guān)域,，確定接收到的幀是否有問題,，或有問題，產(chǎn)生一個‘最近錯

誤’中斷請求,，同時產(chǎn)生一個錯誤幀,，并發(fā)送到總線上。若接收的幀無錯誤,，將接收到的幀分解成標志符和

數(shù)據(jù)部分,，并將接收到的信息傳給報文緩存，執(zhí)行遠程幀或數(shù)據(jù)幀處理,，中斷產(chǎn)生和狀態(tài)處理,。

（2），位時序單元（Bit timing unit）

       考慮到傳播延遲和相移,，根據(jù)用戶設(shè)置確定采樣點和位時間長度,，同時也處理再同步操作（define a

length of a bit time and the location of the sample point according to the user settings,takeing into

accout propration delays and phase shift errors and re-sychronization).

（3），錯誤處理單元（error handling unit）

          對發(fā)送和接收過程中錯誤進行計數(shù),，當計數(shù)值達到一定時,，進入不同的錯誤指示狀態(tài)：錯誤激活，錯

誤認可,，關(guān)閉總線,。

（4），節(jié)點控制單元（Node control unit）

        A, 使能/禁止節(jié)點的傳送

        B, 使能/禁止可引發(fā)中斷的特定節(jié)點事件

         C 幀計數(shù)管理

（5）,，中斷控制單元（interrupt control unit）

       控制CAN產(chǎn)生的不同類型的事件的中斷

（二）,，報文控制器

（三），列表控制器

（四）,，中斷處理單元