詳解三大總線(xiàn)之CAN總線(xiàn)

產(chǎn)生與發(fā)展　　

1. CAN總線(xiàn)的產(chǎn)生與發(fā)展

控制器局部網(wǎng)(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司為現代汽車(chē)應用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現已廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門(mén)?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國迅速普及推廣。

隨著(zhù)計算機硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統已成為計算機技術(shù)應用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對系統可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統的發(fā)展主要表現為：控制面向多元化，系統面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。

分散式工業(yè)控制系統就是為適應這種需要而發(fā)展起來(lái)的。這類(lèi)系統是以微型機為核心，將 5C技術(shù)--COMPUTER(計算機技術(shù))、CONTROL(自動(dòng)控制技術(shù))、COMMUNICATION(通信技術(shù))、CRT(顯示技術(shù))和 CHANGE(轉換技術(shù))緊密結合的產(chǎn)物。它在適應范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統和集中型計算機控制系統都具有明顯的優(yōu)越性。

典型的分散式控制系統由現場(chǎng)設備、接口與計算設備以及通信設備組成?，F場(chǎng)總線(xiàn)(FIELDBUS)能同時(shí)滿(mǎn)足過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，因而現場(chǎng)總線(xiàn)已成為工業(yè)數據總線(xiàn)領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域?，F場(chǎng)總線(xiàn)的研究與應用已成為工業(yè)數據總線(xiàn)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對現場(chǎng)總線(xiàn)的研究尚未能提出一個(gè)完善的標準，但現場(chǎng)總線(xiàn)的高性能價(jià)格比將吸引眾多工業(yè)控制系統采用。同時(shí)，正由于現場(chǎng)總線(xiàn)的標準尚未統一，也使得現場(chǎng)總線(xiàn)的應用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現場(chǎng)總線(xiàn)的完善提供更加豐富的依據?？刂破骶植烤W(wǎng) CAN(CONTROLLER AERANETWORK)正是在這種背景下應運而生的。

由于CAN為愈來(lái)愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導致要求各種應用領(lǐng)域通信報文的標準化。為此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規范(VERSION 2.0)。該技術(shù)規范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規范版本1.2中定義的CAN報文格式，能提供11位地址;而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具--數字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標準(ISO11898)，為控制器局部網(wǎng)標準化、規范化推廣鋪平了道路。特點(diǎn)　　2. CAN總線(xiàn)特點(diǎn)

CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司從80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1MBPS。

2.1 CAN總線(xiàn)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。

2.2 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，而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)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11位或29位二進(jìn)制數組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數據塊，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。數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，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)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。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。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互連，因此，越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

2.3 CAN總線(xiàn)采用了多主競爭式總線(xiàn)結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線(xiàn)以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線(xiàn)上任意節點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節點(diǎn)之間實(shí)現自由通信。CAN總線(xiàn)協(xié)議已被國際標準化組織認證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性?xún)r(jià)比高，特別適用于分布式測控系統之間的數通訊。CAN總線(xiàn)插卡可以任意插在PC AT XT兼容機上，方便地構成分布式監控系統。

2.4 結構簡(jiǎn)單，只有2跟線(xiàn)與外部相連，并且內部集成了錯誤探測和管理模塊。

2.5 CAN的特點(diǎn)如下：

CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)，也稱(chēng)控制器局部網(wǎng)，由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設計，CAN總線(xiàn)與一般的通信總線(xiàn)相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)如下：

CAN是具有國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)。

lCAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò )上任何一個(gè)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。

在報文標識符上，CAN上的節點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級高的數據最多可在134us內得到傳輸。

CAN采用非破壞總線(xiàn)仲裁技術(shù)。當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送信息出現沖突時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)地退出發(fā)送，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可以不受影響的繼續傳輸數據，從而大大節省了總線(xiàn)沖突的仲裁時(shí)間。尤其是網(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(以太網(wǎng)則可能)。

CAN節點(diǎn)只需通過(guò)報文的標識符濾波即可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數據。

CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps以下);通信速率最高可達1Mbps(此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m)。

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)。在標準幀的報文標識符有11位，而在擴展幀的報文標識符(29位)個(gè)數幾乎不受限制。

報文采用短幀格式，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低。

CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。

CAN的通訊介質(zhì)可以為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

CAN節點(diǎn)在錯誤幀的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，而總線(xiàn)上其它節點(diǎn)的操作不受影響。

CAN總線(xiàn)具有較高的性能價(jià)格比。它結構簡(jiǎn)單，器件容易購置，每個(gè)節點(diǎn)的價(jià)格較低，而且開(kāi)發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現有的單片機開(kāi)發(fā)工具。

CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互聯(lián)模型基礎上的。不過(guò)，由于CAN的數據結構簡(jiǎn)單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，其模型結構只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和應用層3層，不需要其他中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向數據鏈路層寫(xiě)數據。結構層次少，利于系統中實(shí)時(shí)控制信號的傳送。技術(shù)介紹　　3. CAN總線(xiàn)技術(shù)介紹