CAN總線(xiàn)技術(shù)及其應用

引言

1986年德國最大的工業(yè)企業(yè)之一Rober Bosch公司首次提出了應用于汽車(chē)內各種傳感器和執行器之間相互通信的CAN總線(xiàn)(Controller AreaNetwork)技術(shù)以來(lái)，以其可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性強的特點(diǎn)，得到了諸多汽車(chē)開(kāi)發(fā)商的青睞。本文介紹了CAN總線(xiàn)的通信協(xié)議，分析了CAN總線(xiàn)控制器SJA1000和驅動(dòng)器PCA82C250的內部結構和工作原理，主要闡述了CAN總線(xiàn)技術(shù)在智能小區門(mén)禁控制系統中的應用。

1 CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

1．1 CAN總線(xiàn)的位數值表示與通信距離

CAN總線(xiàn)協(xié)議是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統OSI 7層互連參考模型基礎之上的。其模型結構只有3層，即只取OSI底層的物理層、數據鏈層和應用層，保證了節點(diǎn)間無(wú)差錯的數據傳輸。

CAN總線(xiàn)上用“顯性”(Dominant)和“隱性”(Recessive)兩個(gè)互補的邏輯值表示“0”和“1”。如圖1所示，VCNA-H和VCAN-L為CAN總線(xiàn)收發(fā)器與總線(xiàn)之間的兩接口引腳，信號是以?xún)删€(xiàn)之間的“差分”電壓形式出現。在隱性狀態(tài)，VCNA—H和VCAN—L被固定在平均電壓電平附近，Vdiff近似于0。顯性位以大于最小閥值的差分電壓表示。CAN總線(xiàn)的通信距離最遠可達10Km(位速率為5 kbps)，通信速率最快可達1Mbps(此時(shí)最長(cháng)通信距離為40m)。

圖1 CAN總線(xiàn)的位數值傳輸方式

1．2報文傳輸

CAN技術(shù)的報文傳輸為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任意節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。CAN節點(diǎn)只需通過(guò)對報文的標示符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送、接收數據。

CAN總線(xiàn)的數據傳輸(報文傳輸)采用幀格式。按幀格式的不同，分為含有11位標識符的標準幀和含有29位標識符的擴展幀。CAN總線(xiàn)的幀類(lèi)型分為數據幀、遠程幀、錯誤幀和過(guò)載幀。

1．3仲裁(Arbitration)

只要總線(xiàn)空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報文。如果兩個(gè)或兩個(gè)以上節點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始傳送報文，那么就會(huì )有總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)沖突。通過(guò)使用標識符的逐位仲裁可以解決這個(gè)沖突。仲裁的機制確保了報文和時(shí)間均不損失。當具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，數據幀優(yōu)先于遠程幀。在仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對總線(xiàn)進(jìn)行監測，如果發(fā)送和接收電平相同，則該節點(diǎn)可以繼續發(fā)送報文。比如發(fā)送的是一“隱性”電平，而監視到的是一“顯性”電平，那么這個(gè)節點(diǎn)就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。

2 CAN總線(xiàn)控制器和驅動(dòng)器

2．1 CAN總線(xiàn)控制器SJA1000的內部結構

CAN總線(xiàn)控制器主要保證數據鏈路層和物理層的通信質(zhì)量。SJA1000是一種獨立的CAN總線(xiàn)控制器。SJA1000的內部結構如圖2所示。

圖2 SJA1000內部結構圖

各功能模塊的作用如下：

接口管理邏輯(IML)負責解釋來(lái)自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器(CPU)提供中斷信息和狀態(tài)信息。發(fā)送緩沖器(TXB)是CPU和位流處理器(BSP)之間的接口，負責存儲發(fā)送到CAN總線(xiàn)上的一條完整的報文。發(fā)送緩沖器的長(cháng)度為13個(gè)字節，由CPU寫(xiě)入、位流處理器讀出。