CAN总线快速入门

©2008.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.CAN总线快速入门©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:目录CAN总线概述数据链路层物理层2©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:目录CAN总线概述CAN总线起源CAN发展历史CAN总线相关标准CAN总线概述数据链路层物理层3©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:三个问题为什么需要总线？人类需要交流，ECU也需要人类的交流手段：书信、电话-网络ECU的交流手段：线束-总线什么是CAN总线？CAN(ControllerAreaNetwork)是二十世纪八十年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多电控单元（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。为什么是CAN总线？技术完美＋价格低廉＝优胜劣汰4©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:什么是汽车？轮子上的沙发还是轮子上的计算机？5©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:汽车——从机械液压到机械电子动力性从空间的扩大到推背感经济性从石油危机到日系汽车崛起排放从温室效应到清洁（新能源）汽车舒适性汽车仅仅是交通工具吗？6©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:汽车电子发展趋势7©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:早期的ECU通信8©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:基于总线（CAN）的ECU通信9©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:优胜劣汰曾经的车用总线SAEJ1850(Class2)SAEJ1708K-LineBEANbyteflight,K-BusD2B10当前的车用总线CANLINFlexRayMOST©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:CAN总线的发展历史1983由Bosch和Intel共同开发1987第一块CAN控制器芯片（Intel）1990第一辆应用CAN的量产车:MercedesS-Class1991CAN2.0发布（PARTA与PARTB）1993CAN成为ISO标准（ISO11898）11©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:很好很强大的CAN总线与CAN总线相关的标准ISO11898,ISO16845SAEJ1939,ISO11783,NMEA2000,CANopen…ISO15765/14229ISO17356/OSEKCCP(CANCalibrationProtocol)GMLAN,VWTP,FNOS,DCNet,MCNet12©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:CAN总线概述多主系统最高速率1Mbit/sec短帧结构（每条报文最多8字节数据）错误检测与处理机制数据校验，帧内应答总线型拓扑结构广播发送基于优先级的总线仲裁机制13©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:CAN总线基本结构14©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:CAN总线基本概念在CAN总线上传输的数据报文不包含发送节点和接收节点的信息每个报文的内容通过标识符（ID）识别，标识符在网络中是唯一的标识符描述了数据的含义，同时也是决定优先级的主要因素报文可以被所有节点同时接收（广播）可以进行报文过滤15©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:广播与过滤（1/2）16CAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-BusCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-KnotenCAN-BusIDDatenCANmessageCANnodeCANnodeCANnodeCANnodeCANnodeCAN-BusIDdataCANmessagefilterfilterfilterfilter©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:广播与过滤（2/2）17IDENTIFIERSELECTORMASK010010011010000101111100111101000110010100010100XXXXXIDCodeMask©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:标识符（ID）标识符是唯一的，它描述了数据的特定含义，也决定了报文的优先级标识符数值越小，优先级越高最高优先级的报文在总线仲裁的过程中获得总线访问权低优先级报文在下一个总线空闲自动重发18©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:NRZ(Non-ReturntoZero)编码脉冲跳变最少，对外界干扰的抵抗能力强19曼彻斯特编码NRZ编码©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:位填充位填充是为了提供足够的跳变沿填充位出现在5个连续的相同极性的位之后填充位与其前面的位极性相反20©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:国际标准ISO1189811898-1Datalinklayerandphysicalsignalling11898-2High-speedmediumaccessunit11898-3Low-speed,fault-tolerant,medium-dependentinterface11898-5High-speedmediumaccessunitwithlow-powermode21CANControllerCANTransceiverCAN国际标准实现CANProtocolCANPhysicalLayerISO11898-1ISO11898-2ISO11898-3ISO11898-5©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:显性位与隐性位显性位=0隐性位=1222.5电压V1.53.5显性隐性隐性时间2.5电压V05显性隐性隐性时间3.51.5高速CAN低速CAN©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:线与23©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:回读节点在发送每个位的同时读取总线上的电平信号24节点AController节点BController节点CControllerTransceiverTransceiverTransceiverRxDTxDRxDTxDRxDTxDCAN_LCAN_H©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:总线长度与波特率25©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:OSI参考模型26应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层CANopenDeviceNetSAEJ1939GMLANCAN©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:目录CAN总线概述数据链路层总线访问仲裁帧格式错误处理位定时与同步物理层27©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:总线仲裁(1/2)总线访问机制载波侦听和带冲突检测协议的多路访问（CSMA/CD）CAN报文的优先级由标识符值决定标识符的数值在系统设计的初始阶段分配不同节点不允许发送相同ID报文（远程帧除外）标识符数值越小，优先级越高。总线冲突通过非破坏性位序列仲裁解决。28©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:总线仲裁(2/2)29SOF109876543210RTRControlData隐性显性只听只听节点A节点B节点C总线©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:帧格式数据帧远程帧错误帧过载帧帧间空间30©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:数据帧31IdentifierChecksumDLCEOF111Bits14Bits15Bits1SOFRTRIDEIrEDELDELACK11117BitsControlfieldACKfieldBus-IdleDataFieldDatafieldITM3ArbitrationfieldDataframeCheckfield0-8ByteSOFStartOfFrame帧起始位RTRRemoteTransmissionRequest远程传输请求位IDEIdentifierExtension标识符扩展DLCDataLengthCode数据长度代码ACKAcknowledgement应答EOFEndOfFrame帧结束场©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:SOF和标识符32SOF一个显性位，表明一帧的开始Identifier(ID)姓名职务IdentifierChecksumDLCEOF111Bits14Bits15Bits1SOFRTRIDEIrEDELDELACK11117BitsControlfieldACKfieldBusIdleDatafieldDatafieldITM3ArbitrationfieldDataframeCheckfield0-8Byte©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:RTR33RTR–远程传输请求位RTR=0:数据帧RTR=1:远程帧IdentifierChecksumDLCEOF111Bits14Bits15Bits1SOFRTRIDEIrEDELDELACK11117BitsBusIdleDatafieldITM3Dataframe0-8ByteIERemoteframeRTR=1NoDatafieldRTRControlfieldACKfieldDatafieldArbitrationfieldCheckfield©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:远程帧的使用34©2007.HiRainTechnologies.Allrightsreserved.Slide:IDE35IDE–标识符扩展位IDE=0:11bits标准CANIDE=1:29bits扩展CANIdentifierChecksumDLCEOF111Bits14Bits15Bits1SOFRTR