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1、FpgCAN总线及应用实例（1）CAN特点CAN为多主方式工作，网络上任意智能节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，且无需站地址等节点信息，通信方式灵活。利用这特点可方便地构成多机备份系统。CAN网络上节点信息分成不同优先级(报文有2032种优先权)，可满足不同实时要求，高优先级数据最多可在134,us内得到传输。CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低节点会主动地退出发送，大大节省了总线冲突仲裁时间。CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门“调度”。CAN直接通信距离最远可达l 0km(速率
2、5kbp以下)：通信速率最高可达Mbps(此时通信距离最长为40m) 。CAN上节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)，而扩展(CAN2.0B)报文标识符几乎不受限制。（2）CAN总线协议 CAN协议以国际标准化组织开放性互连模型为参照，规定了物理层、传输层和对象层，实际上相当于ISO网络层次模型中物理层和数据链路层。图3.9 为CAN总线网络层次结构，发送过程中，数据、数据标识符及数据长度，加上必要总线控制信号形成串行数据流，发送到串行总线上，接收方再对数据流进行分析，从中提取有效数据。CAN协议一个最大特点是废除了传统站地址编码，而代之以
3、对通信数据块进行编码，数据在网络上通过广播方式发送。其优点是可使网络内节点个数在理论上不受限制(实际中受网络硬件电气特性限制)，还可使同一个通信数据块同时被不同节点接收，这在分布式控制系统中非常有用。CAN 2.0A版本规定标准CAN标识符长度为11位，同时在2.0 B版本中又补充规定了标识符长度为29位扩展格式，因此理论上可以定义211次方或219次方种不同数据块。遵循CAN 2.0 B协议CAN控制器可以发送和接收标准格式报文(11位标识符)或扩展格式报文(29位标识符)，如果禁止CAN 2.0B则CAN控制器只能发送和接收标准格式报文而忽略扩展格式报文，但不会出现错误。每个报文数据段长度
4、为0-8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及检测数据传送一般要求。同时，8个字节占用总线时间不长，从而保证了通信实时性。CAN协议采用CRC检验并提供相应错误处理功能，保证了数据通信可靠性。对象层：报文滤波、报文和状态处理传输层：故障界定、错误检测和信令、报文校验、应答、仲裁、报文分帧、传输速率和定时物理层：信号电平和位表示、传输媒体图3.9 CAN总线层次结构(3)报文传送和帧结构CAN总线以报文为单位进行信息传送。报文中包含标识符，它标志了报文优先权。CAN总线上各个节点都可主动发送。如同时有两个或更多节点开始发送报文，采用标识符ID来进行仲裁，具有最高优先权报文节点赢得总线使
5、用权，而其他节点自动停止发送。在总线再次空闲后，这些节点将自动重发原报文。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构任何信息。报文中标识符并不指出报文目地址，而是描述数据含义。网络中所有节点都可有标识符来自动决定是否接收该报文。每个节点都有标识符寄存器和屏蔽寄存器，接收到报文只有与该屏蔽功能相同时，该节点才开始正式接收报文，否则它将不理睬标识符后面报文。CAN支持4种不同类型报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧、帧间空间 1）数据帧用于在各个节点之间传送数据或命令，它有7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束，如图3.10-13所示。图3.10 数据帧帧
6、起始标志数据帧开始。它由一个主控位构成。仲裁场由11位标识符(M)和远程发送请求位(RTR)组成，其中最高7位。不能全是隐性位。M决定了报文优先权。如主控位为0,隐性位为1，则M数值越小，优先权越高。对数据帧，RTR为主控电平。控制场r1和r0为保留位，应发送主控电平。DLC为数据长度码n，它为0-80数据场允许数据字节长度为08，由n决定。应答场包括应答位和应答分隔符。发送站发出这两位均为隐性电平。而正确地接收到有效报文接收站，在应答位期间应传送主控电平给发送站。应答分隔符为隐性电平。帧结束由7位隐性电平组成。图3.11 仲裁场图3.12仲裁场扩展格式 图3.13 控制场以上为标准格式数据帧
7、，除此之外，在CAN规范2.0 B中，还定义了扩展格式数据帧，它标识符扩展为29位。它前11位标识符后两位为SRR和ME，它们均为隐性电平，后面为新增18位标识符，其余与标准格式相同。 表3.2 数据长度码中数据字节数目编码数据字节数目数据长度码DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4drdd5drdr6drrd7drrr8rddd2）远程帧图3.14 远程帧3）出错帧图3.15 出错帧1） 超载帧图3.16 超载帧（4）CAN通信接口图3.17是CAN通信部分电路，SJA1000是一种独立用于移动目标和一般工业环境中区域网络控制。它是Philips半导体公司
8、PCA82C200CAN控制器(BasicCAN)替代品，而且它增加了一种新操作模式PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性CAN2.0B协议， 独立CAN 控制器有2 个不同操作模式：BasicCAN 模式和PeliCAN模式其中BasicCAN模式可和PCA82c250相兼容BasicCAN 模式是上电后默认操作模式，因此用PCA82C250（是协议控制器和物理传输线路之间收发器）开发已有硬件和软件可以直接在SJA1000 上使用而不用作任何修改；PeliCAN 模式是新操作模式它能够处理所有CAN2.0B 规范帧类型而且它还提供一些增强功能和SJA1000 能应用于更宽领域。图3.17
9、 CAN通信部分电路1）SJA1000 特征能分成3组：已建立PCA82C200 功能这组功能已经在PCA82C200 里实现。 改良PCA82C200 功能这组功能部份已经在PCA82C200 里实现但是在SJA1000里这些功能在速度大小和性能方面得到了改良。PeliCAN 模式增强功能在PeliCAN 模式里SJA1000 支持一些错误分析功能支持系统诊断系统维护系统优化而且这个模式里也加入了对一般CPU 支持和系统自身测试功能。SJA1000管脚：AD0-AD7：地址/数据复用信号ALE/AS：ALE输入信号（Intel模式），AS输入信号（Motorola模式）/CS：片选信号，低电
10、平有效/RD：微控制器/RD信号（Intel模式），或E使能信号（Motorola模式）/WR：微控制器/WR信号（Intel模式），或R/W使能信号（Motorola模式）CLKOUT：提供给微控制器时钟输出信号，通过可编程分频器由内部晶振产生；时钟分频寄存器时钟关闭位可禁止该引脚。VSS1：接地端 ，VSS2：输入比较器接地端，VSS3：输出驱动器接地端。VDD1 ：逻辑电路5V电源，VDD2输入比较器5V电源，VDD3输出驱动器5V电源。XTAL1,2：分别位振荡器放大电路输入输出。MODE：模式选择输入，1= Intel模式，0= Motorola模式。TX0,TX1: 由输出驱动器0
11、、1到物理线路输出端。/INT：中断输出，开漏输出。/RST：复位输入。RX0,RX1：由物理总线到SJA1000输入比较器输入端，显性电平将会唤醒SJA1000睡眠模式；如果RX1RX0电平高，读出为显性电平，反之读出隐性电平；如果时钟分频寄存器CBP位被置位，就忽略CAN输入比较器以减少内延时（此时连有外部收发电路）；这种情况下只有RX0是激活；隐性电平被认为是高，而显性电平被认为是低。PCA82C250/251收发器是协议控制器和物理传输线路之间接口，对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力，可连接110个节点。PCA82C250/251管脚：TXD：发送数据输入 GND：
12、地 Vcc：电源 4.55.5 VRXD：接收数据输出Vref：参考电压输出 CANH：低电平CAN电压输入/输出CANH：高电平CAN电压输入/输出Rs：斜率电阻输入，接地选择高速工作模式2)SJA1000 基本功能和寄存器: BasicCAN 功能说明表3.3 为SJA1000寄存器说明。表3.3 SJA1000寄存器说明地址功能段操作模式中寄存器功能复位模式中寄存器高功能0各类控制器读写读写1控制控制控制控制2FFH命令FFH命令3状态状态4FFH中断5FFH验收代码验收代码6FFH验收屏蔽验收屏蔽7FFH总时序0总时序08FFH总时序1总时序19测试测试测试测试10发送缓冲器标识符位域
13、10-3标识符位域10-3FFH11标识符位域2-0 RTR和DLC位域标识符位域2-0RTR和DLC位域FFH12-19数据字节1数据字节8数据字节1数据字节8FFHFFH20接受缓冲器标识符位域10-3标识符位域10-3标识符位域10-3标识符位域10-321标识符位域2-0RTR和DLC位域标识符位域2-0RTR和DLC位域标识符位域2-0RTR和DLC位域标识符位域2-0RTR和DLC位域22-29数据字节1数据字节8数据字节1数据字节8数据字节1数据字节8数据字节1数据字节830FFHFFH31时钟分频器时钟分频器时钟分频器时钟分频器时钟分频器 1 控制寄存器（CR）：如表3.4所示。表3.4 控制寄存器位符号名称值功能CR.7CR.6CR.5CR.4OIE超载中断使能1使能：如果数据超载位置位，微控制器接收一个超载中断信号0禁止：微控制器不从SJA1000接收超载中断信号CR.3EIE错误中断使能1使能：如果出错或总线状态改变，微控制器接收一个错误中断信号0禁止：微控制器不从SJA1000接收错误中断信号CR.2TIE发送中断使能1使能：当报文被成功或发送缓冲器可再次被访问时，SJA1000向微控制器发出一次发送中断信号0禁止：SJA1000不向微控制器发送中断信号CR.1RIE接收中断使能1使能：报文被无错误接收时，SJA1000向微控制器发出一次中断信号0禁止
