詳解基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)儀表系統設計―CAN總線(xiàn)原理

13、應答:接收節點(diǎn)對正確接收的報文給出應答，對不一致報文進(jìn)行標記。

14、位流編碼:一幀報文中，起始域、仲裁域、控制域、數據域和CRC域的二進(jìn)制位流通過(guò)位填充方式編碼。當連續出現5個(gè)相同極性位時(shí)，自動(dòng)插入一個(gè)補碼;報文中其他域不使用位流編碼，錯誤幀和過(guò)載幀也不使用。

2.2.3 CAN總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)

隨著(zhù)通信技術(shù)的發(fā)展，CAN總線(xiàn)己廣泛應用于各行各業(yè)的工業(yè)現場(chǎng)，根據不同的需要或以主從方式，或多主方式工作，鑒于其極高的可靠性和獨特的設計以及高速率，傳輸距離較長(cháng)的特點(diǎn)，特別適合工業(yè)現場(chǎng)監控設備的互聯(lián)。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由H位(以N技術(shù)規范2.以)或29位(CAN技術(shù)規范2.0B)二進(jìn)制數組成，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。概括起來(lái)，它具有如下特點(diǎn)

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

2、CAN的直接通信距離最遠可達IOkm(速率SKbp、以下)，通信速率最高可達IMbpS(此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m)。

3、CAN為多主從工作方式，網(wǎng)絡(luò )上任意一節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其他接點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節點(diǎn)信息，利用這一特性可方便地構成多機備份系統。

4、網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級，可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級的數據最多可在 134ps內得到傳輸。

5、CAN采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節點(diǎn)可以不受影響地繼續傳送數據，從而大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間，尤其是在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓情況(而以太網(wǎng)則可能)。

6、CAN只需通過(guò)報文濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳播接收數據，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調度”

7、CAN上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，目前可達110個(gè)，報文標識符可達2030種 (CAN2.OA)，而擴展標準(CAN2.OB)的報文標識符幾乎不受限制。

8、CAN采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。

9、以N的每幀信息都有CRC校驗及其他校驗措施，保證了數據出錯率極低。

10、以CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，退出網(wǎng)絡(luò )通訊，保證總線(xiàn)上其它節點(diǎn)的操作不受影響。

11、CAN還具有借助接收濾波的多地址幀傳送、遠程數據請求、配置靈活性、全系統數據相容性、錯誤檢測和出錯信令的功能。

12、CAN在發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送，而且可以進(jìn)行暫時(shí)錯誤和永久性故障節點(diǎn)的判別以及故障節點(diǎn)的自動(dòng)脫離。CAN的信號傳輸采用短幀結構，數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，每一幀的有效字節數為8個(gè)，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，傳輸的時(shí)間短，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。受干擾的概率低，每幀信息均有CRC校驗和其他檢錯措施，通信誤碼率極低。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。以N節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，這時(shí)故障節點(diǎn)與總線(xiàn)脫離，使其他節點(diǎn)的通信不受影響。CAN的這些卓越特性以及極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互聯(lián)，并己被公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

2.2.4 CAN的分層結構

CAN遵從051模型，按照051基準模型，CAN結構劃分為兩層:數據鏈路層和物理層，其中數據鏈路層包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層MAC。如圖2一2所示1]。

2.2.4CAN總線(xiàn)的分層結構

CAN遵從051模型，按照051基準模型，CAN結構劃分為兩層:數據鏈路層和物理層，其中數據鏈路層包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層MAC。如圖2一2所示123]。

LLC子層的主要功能是:為數據傳送和遠程數據請求提供服務(wù)，確認由LLC子層接收的報文己被接收，并為恢復管理和通知超載提供信息。MAC子層的功能主要是傳送規則，亦即控制幀的結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定和故障界定。物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性在不同節點(diǎn)間的實(shí)際傳送。CAN技術(shù)規范 2.OB定義了數據鏈路中的MAC子層和LLC子層的一部分，并描述與 CAN有關(guān)的外層。物理層定義了信號怎樣進(jìn)行發(fā)送，因而，涉及位定時(shí)、位編碼元和同步的描述。在這部分技術(shù)規范中，未定義物理層中的驅動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據具體應用，對發(fā)送媒體和信號電平進(jìn)行優(yōu)化。MAC子層是CAN協(xié)議的核心，它描述由LLC子層接收到的報文和對LLC子層發(fā)送的認可報文。 MAC子層可響應報文幀、仲裁、應答、錯誤檢測標定。MAC子層由稱(chēng)為故障界定的一個(gè)管理實(shí)時(shí)監控，它具有識別永久故障或短暫擾動(dòng)的自檢機制。LLC子層的主要功能是報文濾波、超載通知和恢復管理。、從物理結構上看，一個(gè)CAN節點(diǎn)的構成如圖2一3所示。在CAN網(wǎng)絡(luò )中，物理層從結構上可分為三層:分別是物理信號層(P璐， PhysicalSignaling)，物理介質(zhì)附件層(pMA， physiealMediaAitachment)和介質(zhì)接口層(MDI，MediaD叩endentInteiface)。其中PLS層連同數據鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持 CAN的微控制器內部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標準，也可自行定義，比較流行的是 15011898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標準。