CAN

CAN总线系统基础知识历史:CAN是连接客车和卡车ECU的标准化的总线系统。.由Bosch和Intel在八十年代末开发.CAN2.0标准在1991年发布，迄今沿用.在1992年首先应用在MercedesS-系列车中(连接发动机和变速箱ECU).最普遍的应用是在自动化领域.如今CAN总线在自动化领域中作为现场总线使用.任何官方应用需要向Bosch支付费用.CAN总线性质:位串行总线线性拓扑多主机结构消息具有地址串行丢位仲裁(CSMA/CA)不同的传输速率，最高1Mbits/s消息较短(0-8Byte)高抗干扰性稳定性高CAN节点ACAN节点BCAN节点CCAN总线物理层和数据链路层BoschCAN2.0只定义数据链路层.使物理层和应用层可以采取不同的方案.物理层和数据链路层的相关规定高速CAN应用在底盘和动力系统中.低速CAN应用在车身电子中.ISOStandardLayerISO11898–1数据链路层,相当于BoschCAN2.0ISO11898–2ISO11898–3高速CAN物理层低速CAN物理层ISO11898–4时间触发通讯的扩展CAN总线物理层CAN标准没有规定物理层一定的位速率.只固定了最大速率为1MBits/s.总线电缆长度取决于使用的位速率.CAN总线物理层(高速CAN)位速率≥250kbit/s(classC)线性总线拓扑，分支长度短(max.30cm)总线具有2个终端电阻120Ω建议采用非屏蔽双绞线分支线CAN总线物理层(高速CAN)两线中采用差分信号(CAN_H,CAN_L)总线节点应能检测总线信号衰减，条件为CAN_H高于CAN_L幅度小于0.5V.如果CAN_H高于CAN_L至少0.9V，应能检测这样的显性总线条件.显性状态的名义电压为CAN_H3.5V，CAN_L1.5V.CAN总线物理层(高速CAN)一个ISO111898-2兼容总线节点需要一个控制器和CAN控制器,其通过串行输出(Tx)和输入线(Rx)与收发器相连.CAN总线物理层(低速CAN)低速/容错CAN(classB)采用的波特率从5Kbit/s到125Kbits/sec.信号电平为5V.此标准使得当接线错误的时候仍能通讯.在低速/容错CAN网络中每个设备都有自己的终端.SAEJ2411规定了单线CAN，通信速率为33kbits/s和83kbits/s信号电平为5VCAN总线物理层CAN总线数据链路层传送的数据成为消息或帧.CAN有四种帧类型:数据帧:包含节点数据远程帧:请求发送特定ID的帧错误帧:节点检测到错误时发送错误帧过载帧:在数据和/或远程帧间插入延迟数据传输中仅用到数据帧.有两种帧格式:标准帧:11位ID(CAN2.0A)扩展帧:29位ID(CAN2.0B)CAN总线数据链路层CAN总线数据链路层在响应时间内消息必须被至少一个节点识别.循环冗余检测用来检测传输错误.标准帧支持2024个不同的消息.扩展帧支持多于500万个不同的消息.扩展帧主要用在商用车上,如卡车和拖拉机.扩展帧效率低于标准帧.CAN总线数据链路层广播通讯:CAN总线是一个广播通讯系统广播通讯指的是每一个站点可以接收发送站点的帧.收到帧后通过验收滤波决定是否接受.CAN总线广播通讯可以比拟电台发送道路信息给司机。司机自己来判断信息的重要性.CAN总线数据链路层广播通讯:CAN总线数据链路层仲裁:CAN总线协议允许不同的节点同时访问总线.当有多个节点同时访问总线时，需要仲裁.访问总线是一种非破坏性、位仲裁的方法(CSMA/CA).总线空闲时，节点可以发送帧。每个节点也逐位地接收自己的帧，比较发送的位和接收的位.每次定义位的显性值覆盖衰减值.ID具有优先级.CAN总线数据链路层总线仲裁:等待帧间空间发送SOF总线空闲发送下一个仲裁位发送的SOF比较发送的位和接收的位发送的位电平相同，仲裁未结束接收数据电平不同接收信息结束发送信息发送数据仲裁结束CAN总线数据链路层总线仲裁示例:CAN总线数据链路层:仲裁:高优先级的消息赢得总线.ID值小的优先级高(低电平为主).ID为0优先级最高.问题:最高优先级的消息的延时无法预计.不能满足实时性要求很高的条件(e.g.x-by-wireapplications).低总线负载效率.不适合大数据量传输.最大传输速率为1Mbits/s(常用500kbits).CAN总线CAN协议参考图:总线CAN标准:驱动系统的Canbus信号和逻辑信号：Can-High的高电平为：3.5伏Can-High的低电平为：2.5伏Can-Low的高电平为:2.5伏Can-low的低电平为：1.5伏逻辑“1”：Can-high=3.5VCan-low=1.5V逻辑“0”：Can-high=2.5VCan-low=2.5V驱动系统的信号图驱动系统10us舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别：Can-High的高电平为：3.6伏Can-High的低电平为：0伏Can-Low的高电平为:5伏Can-low的低电平为：1.4伏逻辑“1”：Can-high=3.6VCan-low=1.4V逻辑“0”：Can-high=0VCan-low=5V舒适系统的信号图舒适系统传送安全性和故障处理内部故障管理控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加8，一次接收错误计数加1。当累计超过127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255时，控制器自动与总线脱离.但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。3.Canbus系统的难题-发送和接受的同步数据传输同步解决方案一：边沿对齐为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性数据传输数据的位填充为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了位填充规则。也就是说最多5位出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接收的正确性数据传输出错帧（ErrorFrame):当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时，发现信息有错误，可以发送出错帧，出错帧至少有6个显性电平和8个隐性电平，至多12个显性电平和8个隐性电平构成。错误发送控制单元接收控制单元接收控制单元Canbus系统数据传输