CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)述
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CAN ( Controller Area Network ) 即控制器局域網(wǎng)絡(luò )。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設計，CAN越來(lái)越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。
CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車(chē)監測、控制系統而設計的?，F代汽車(chē)越來(lái)越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機的定時(shí)、注油控制，加速、剎車(chē)控制(ASC)及復雜的抗鎖定剎車(chē)系統(ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數據，采用硬接信號線(xiàn)的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問(wèn)題，采用CAN總線(xiàn)上述問(wèn)題便得到很好地解決。
二、CAN總線(xiàn)特點(diǎn)
CAN總線(xiàn)是一種串行數據通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。其物理傳輸層詳細和高效的定義，使得 CAN總線(xiàn)具有其它總線(xiàn)無(wú)法達到的優(yōu)勢，注定其在工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)中占有不可動(dòng)搖的地位，CAN總線(xiàn)通信主要具有如下所示的優(yōu)勢和特點(diǎn)。
1.CAN總線(xiàn)上任意節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向其它節點(diǎn)發(fā)起通信，節點(diǎn)沒(méi)有主從之分，但在同一時(shí)刻優(yōu)先級高的節點(diǎn)能獲得總線(xiàn)的使用權，在高優(yōu)先級的節點(diǎn)釋放總線(xiàn)后，任意節點(diǎn)都可使用總線(xiàn)；
2.CAN總線(xiàn)傳輸波特率為5Kbps~1Mbps ，在 5Kbps 的通信波特率下最遠傳輸距離可以達到10Km，即使在1Mbps 的波特率下也能傳輸 40m 的距離。在1Mbps 波特率下節點(diǎn)發(fā)送一幀數據最多需要134μ s；
3.CAN總線(xiàn)采用載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)、逐位仲裁的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)。在節點(diǎn)需要發(fā)送信息時(shí)，節點(diǎn)先監聽(tīng)總線(xiàn)是否空閑，只有節點(diǎn)監聽(tīng)到總線(xiàn)空閑時(shí)才能夠發(fā)送數據，即載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)方式。在總線(xiàn)出現兩個(gè)以上的節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據時(shí)，CAN協(xié)議規定，按位進(jìn)行仲裁，按照顯性位優(yōu)先級大于隱性位優(yōu)先級的規則進(jìn)行仲裁，最后高優(yōu)先級的節點(diǎn)數據毫無(wú)破壞的被發(fā)送，其它節點(diǎn)停止發(fā)送數據（即逐位仲裁無(wú)破壞的傳輸技術(shù)）。這樣能大大的提高總線(xiàn)的使用效率及實(shí)時(shí)性；
4.CAN總線(xiàn)所掛接的節點(diǎn)數量主要取決于CAN總線(xiàn)收發(fā)器或驅動(dòng)器，目前的驅動(dòng)器一般都可以使同一網(wǎng)絡(luò )容量達到110 個(gè)節點(diǎn)。CAN報文分為兩個(gè)標準即CAN2.0A標準幀和CAN2.0B擴展幀，兩個(gè)標準最大的區別在于CAN2.0A只有11 位標識符，CAN2.0B具有 29 位標識符；
5.CAN總線(xiàn)定義使用了硬件報文濾波，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式，不需要軟件來(lái)控制。數據采用短幀發(fā)送方式，每幀數據不超過(guò)8 字節，抗干擾能力強，每幀接收的數據都進(jìn)行CRC校驗，使得數據出錯機率極大限度的降低。CAN節點(diǎn)
6.CAN總線(xiàn)通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇極為靈活?？纱蟠蠊澕s組網(wǎng)成本。
2.CAN總線(xiàn)傳輸波特率為5Kbps~1Mbps ，在 5Kbps 的通信波特率下最遠傳輸距離可以達到10Km，即使在1Mbps 的波特率下也能傳輸 40m 的距離。在1Mbps 波特率下節點(diǎn)發(fā)送一幀數據最多需要134μ s；
3.CAN總線(xiàn)采用載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)、逐位仲裁的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)。在節點(diǎn)需要發(fā)送信息時(shí)，節點(diǎn)先監聽(tīng)總線(xiàn)是否空閑，只有節點(diǎn)監聽(tīng)到總線(xiàn)空閑時(shí)才能夠發(fā)送數據，即載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)方式。在總線(xiàn)出現兩個(gè)以上的節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據時(shí)，CAN協(xié)議規定，按位進(jìn)行仲裁，按照顯性位優(yōu)先級大于隱性位優(yōu)先級的規則進(jìn)行仲裁，最后高優(yōu)先級的節點(diǎn)數據毫無(wú)破壞的被發(fā)送，其它節點(diǎn)停止發(fā)送數據（即逐位仲裁無(wú)破壞的傳輸技術(shù)）。這樣能大大的提高總線(xiàn)的使用效率及實(shí)時(shí)性；
4.CAN總線(xiàn)所掛接的節點(diǎn)數量主要取決于CAN總線(xiàn)收發(fā)器或驅動(dòng)器，目前的驅動(dòng)器一般都可以使同一網(wǎng)絡(luò )容量達到110 個(gè)節點(diǎn)。CAN報文分為兩個(gè)標準即CAN2.0A標準幀和CAN2.0B擴展幀，兩個(gè)標準最大的區別在于CAN2.0A只有11 位標識符，CAN2.0B具有 29 位標識符；
5.CAN總線(xiàn)定義使用了硬件報文濾波，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式，不需要軟件來(lái)控制。數據采用短幀發(fā)送方式，每幀數據不超過(guò)8 字節，抗干擾能力強，每幀接收的數據都進(jìn)行CRC校驗，使得數據出錯機率極大限度的降低。CAN節點(diǎn)
6.CAN總線(xiàn)通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇極為靈活?？纱蟠蠊澕s組網(wǎng)成本。
三、CAN協(xié)議規范（CAN規范2.0）
CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級的分布實(shí)時(shí)控制。技術(shù)規范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性?？墒?，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數據轉換的解釋。為了達到設計透明度以及實(shí)現靈活性，根據ISO/OSI參考模型，CAN 2.0規范細分為以下不同的層次：數據鏈路層（數據鏈路層的LLC 子層和MAC子層）和物理層。
MAC子層的作用主要是傳送規則，也就是控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定?？偩€(xiàn)上什么時(shí)候開(kāi)始發(fā)送新報文及什么時(shí)候開(kāi)始接收報文，均在MAC子層里確定。位定時(shí)的一些普通功能也可以看作是 MAC子層的一部分。理所當然，MAC子層的修改是受到限制的。
物理層的作用是在不同節點(diǎn)之間根據所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸。同一網(wǎng)絡(luò )的物理層對于所有
的節點(diǎn)當然是相同的。盡管如此，在選擇物理層方面還是很自由的。
物理層的作用是在不同節點(diǎn)之間根據所有的電氣屬性進(jìn)行位的實(shí)際傳輸。同一網(wǎng)絡(luò )的物理層對于所有
的節點(diǎn)當然是相同的。盡管如此，在選擇物理層方面還是很自由的。
四、CAN的錯誤定義及處理
1.錯誤類(lèi)型
位錯誤
站單元在發(fā)送位的同時(shí)也對總線(xiàn)進(jìn)行監視。如果所發(fā)送的位值與所監視的位值不相符合，則在此位時(shí)間里檢測到一個(gè)位錯誤。但是在仲裁場(chǎng)的填充位流期間或 ACK間隙發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—— 此時(shí)，當監視到一“顯性”位時(shí)，不會(huì )發(fā)出位錯誤。當發(fā)送器發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯誤標志但檢測到“顯性”位時(shí)，也不視為位錯誤。
填充錯誤
如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現了第 6 個(gè)連續相同的位電平時(shí)，將檢測到一個(gè)填充錯誤。
CRC 錯誤
CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結果與接收到CRC序列的結果不相符，則檢測到一個(gè)CRC錯誤。
站單元在發(fā)送位的同時(shí)也對總線(xiàn)進(jìn)行監視。如果所發(fā)送的位值與所監視的位值不相符合，則在此位時(shí)間里檢測到一個(gè)位錯誤。但是在仲裁場(chǎng)的填充位流期間或 ACK間隙發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—— 此時(shí)，當監視到一“顯性”位時(shí)，不會(huì )發(fā)出位錯誤。當發(fā)送器發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯誤標志但檢測到“顯性”位時(shí)，也不視為位錯誤。
填充錯誤
如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現了第 6 個(gè)連續相同的位電平時(shí)，將檢測到一個(gè)填充錯誤。
CRC 錯誤
CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結果與接收到CRC序列的結果不相符，則檢測到一個(gè)CRC錯誤。
形式錯誤
當一個(gè)固定形式的位場(chǎng)含有1 個(gè)或多個(gè)非法位，則檢測到一個(gè)形式錯誤。
當一個(gè)固定形式的位場(chǎng)含有1 個(gè)或多個(gè)非法位，則檢測到一個(gè)形式錯誤。
應答錯誤
只要在A(yíng)CK間隙（ACK SLOT）期間所監視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會(huì )檢測到一個(gè)應答錯誤。
只要在A(yíng)CK間隙（ACK SLOT）期間所監視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會(huì )檢測到一個(gè)應答錯誤。
2.錯誤等級劃分
主動(dòng)錯誤 Error Counter < 127
錯誤警告 Error Counter = = Error
被動(dòng)錯誤 Error Counter > 127
總線(xiàn)關(guān)閉 Error Counter = = 255
錯誤警告 Error Counter = = Error
被動(dòng)錯誤 Error Counter > 127
總線(xiàn)關(guān)閉 Error Counter = = 255
“錯誤主動(dòng)”的單元可以正常地參與總線(xiàn)通訊并在錯誤被檢測到時(shí)發(fā)出主動(dòng)錯誤標志。
“錯誤被動(dòng)”的單元不允許發(fā)送主動(dòng)錯誤標志。“錯誤被動(dòng)”的單元參與總線(xiàn)通訊而且在錯誤被檢測到時(shí)只發(fā)出被動(dòng)錯誤標志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動(dòng)”單元將在預設下一個(gè)發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。
“總線(xiàn)關(guān)閉”的單元不允許在總線(xiàn)上有任何的影響（比如，關(guān)閉輸出驅動(dòng)器）。
“錯誤被動(dòng)”的單元不允許發(fā)送主動(dòng)錯誤標志。“錯誤被動(dòng)”的單元參與總線(xiàn)通訊而且在錯誤被檢測到時(shí)只發(fā)出被動(dòng)錯誤標志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動(dòng)”單元將在預設下一個(gè)發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。
“總線(xiàn)關(guān)閉”的單元不允許在總線(xiàn)上有任何的影響（比如，關(guān)閉輸出驅動(dòng)器）。
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