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CAN總線(xiàn)的技術(shù)規范與控制器類(lèi)型
作者：
時(shí)間：2013-02-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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CAN協(xié)議介紹
CAN協(xié)議是參考ISO/OSI的7層協(xié)議模式而做定義的，但因它主要是用來(lái)傳送簡(jiǎn)短且簡(jiǎn)單的信號，而且是一封閉性的系統，并不需要負責系統的安全、產(chǎn)生用戶(hù)接口的數據，以及監控網(wǎng)絡(luò )的登入等動(dòng)作，因此只涉及了實(shí)體層和數據鏈接層的定義。
1、實(shí)體層規范特性
實(shí)體層負責的是網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)與節點(diǎn)之間的連結，以及在銅線(xiàn)、同軸纜線(xiàn)、光纖，甚至是無(wú)線(xiàn)信號的實(shí)際電性脈沖傳送。傳送器的實(shí)體層會(huì )把從數據鏈接層來(lái)的數據轉換為電子信息，再傳送出去；在接收端，實(shí)體層將這些電子信息傳換為數據格式，再傳送到數據鏈接層。
在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統中，要確保各個(gè)節點(diǎn)之間能夠順利地溝通，先決條件是每個(gè)節點(diǎn)的實(shí)體層特性必須是相同的，而CAN實(shí)體層的作用就在于規范位表示法、位時(shí)序及同步性，通常還包括腳位連接器和接線(xiàn)的型式。CAN由兩條序列總線(xiàn)（CAN_H和CAN_L）實(shí)時(shí)傳輸數據，傳輸速率可高達1Mb/s。理論上，每個(gè)CAN總線(xiàn)最多可連結2032個(gè)節點(diǎn)，但受限于收發(fā)器的功能，實(shí)際運用上最多大約可連結100個(gè)節點(diǎn)，而在一般的運用上則大約是連結3～10個(gè)節點(diǎn)。CAN實(shí)體層示意圖如圖2所示。 
圖2 CAN實(shí)體層架構示意圖
2、數據鏈接層規范特性：總線(xiàn)仲裁
CAN數據鏈接層可以說(shuō)是CAN功能的核心，其目的在于建立數據信框封包，在信框內包含數據和控制數據。數據鏈接層的主要功能之一，就是當系統中出現兩個(gè)信號同時(shí)想使用網(wǎng)絡(luò )中的相同資源時(shí)，如何防止沖突的發(fā)生。這就是所謂MAC（Medium Access Control）功能。在CAN協(xié)議中，MAC功能會(huì )讓具有最高優(yōu)先權的數據信框優(yōu)先使用總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )資源，此機制對于網(wǎng)絡(luò )效能的影響很大。
在網(wǎng)絡(luò )的接取控制上有兩大方向，即先決式和隨機式。在先決式的接取控制中，總線(xiàn)的使用權必須在節點(diǎn)接取總線(xiàn)前就預先定義好了，以確保不會(huì )發(fā)生任何沖突。此類(lèi)網(wǎng)絡(luò )需要一個(gè)中央管控裝置來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )管理，但一旦此裝置失常，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )就無(wú)法運作；也有非中心化的架構，但相對會(huì )復雜許多。
在隨機式接取控制中，當總線(xiàn)閑置時(shí)，每個(gè)節點(diǎn)都能夠要求使用網(wǎng)絡(luò )資源。最常見(jiàn)的隨機式接取控制方式是載波偵測多重存?。–arrier Sense Multiple Access，CSMA），CSMA又分成限制或防止信號碰撞的CSMA/CA方式和允許碰撞再進(jìn)行處置的CSMA/CD方式。由于CSMA/CD較浪費頻寬資源及會(huì )產(chǎn)生較長(cháng)的延遲性，因此CAN采用的是CSMA/CA的方式，此作法又稱(chēng)為非破壞性的按位仲裁機制。
CAN協(xié)議讓優(yōu)先權較高的信號先接取使用總線(xiàn)資源，在每個(gè)信號信框的一開(kāi)始處就存在仲裁域，仲裁域中有一個(gè)識別碼，識別碼的數值越小，表示其優(yōu)先權限越高。此作法能有效地利用總線(xiàn)資源，其具有最高優(yōu)先權的信號，最大的延遲時(shí)間大約只有150ms。
在CAN的2.0A標準中，一開(kāi)始定義識別碼的長(cháng)度為11位，后來(lái)因市場(chǎng)的需求又提出了延伸性的2.0B版本。2.0B的格式通常被稱(chēng)為延伸性CAN，它允許29位的識別碼，而且有主動(dòng)及被動(dòng)式兩種：2.0B主動(dòng)，也就是能收、發(fā)延伸信框的節點(diǎn)；以及2.0B被動(dòng)，它會(huì )放棄掉接收到的延伸信框。2.0B的29位識別碼能夠提供51200萬(wàn)個(gè)獨特的信號及優(yōu)先等級，足以滿(mǎn)足來(lái)自越來(lái)越多節點(diǎn)的大量存取要求。
三、數據鏈接層規范特性：信框格式
所謂的信框即包含由傳送器送出的完整信號的數據封包。在CAN協(xié)議中具有4種信框，即數據信框、遠程信框、誤碼信框及額外負載信框。以下主要介紹數據信框的組成。
數據信框包含了識別碼和各種控制信息，以及最多8字節的數據。其基本組成包括：信框開(kāi)始、仲裁域（又包括識別碼和RTR）、控制域（又包括IDE、r0和數據長(cháng)度碼）、數據域、循環(huán)冗余碼檢驗域、確認域，以及信框終點(diǎn)等，如圖3所示。 
圖3 延伸型CAN的數據信框組成架構
其中控制信息是用來(lái)識別信框，決定對總線(xiàn)的使用，以及進(jìn)行誤碼偵測?？刂菩畔⒌牧硪豁椫饕δ?，就在于能夠分辨出某一信號是否已損毀了。當數據在任何網(wǎng)絡(luò )中傳送時(shí)，隨機性的誤碼是很常見(jiàn)的，所以數據鏈接層的重要任務(wù)之一，就是要限制這類(lèi)錯誤的發(fā)生。
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