现场总线技术-ch4

《现场总线技术-ch4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线技术-ch4（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、现场总线技术 CANCAN局域网技术及其规范局域网技术及其规范 中国矿业大学.机电工程学院http:/张有忠 2010年9月 V2.1CAN技术规范中国矿业大学 http:/CAN的基本概念1CAN的分层结构2CAN的报文传送和帧结构3错误类型和故障界定4位定时与同步5CAN总线媒体装置特性3 6CAN技术规范介绍-标准 标准 BOSCH公司 V1.2 V2.0A V2.0B (V2.0B完全兼容2.0A) 国际标准化组织 ISO 11898道路交通运载工具-数字交换-高速通 信控制器局部网 现在所有厂家生产的CAN控制器都已支持 V2.0B3CAN技术规范介绍-应用 应用 CAN连接发动机控

2、制单元，各种传感器，刹车 系统、减震系统、防滑系统、转向系统 车灯组，电气车窗，代替接线配线装置 音响、视频等娱乐、辅助单元 车身环境控制系统 4CAN特性 CAN特性 支持报文优先权 保证报文延迟时间 设置灵活 时间同步的多点接收 系统内数据的一致性(System Wide Data Consistency) 多主机网络（对等网） 错误监测和错误标定 只要总线空闲，就自动将被破坏的报文重新传输 将节点的暂时性错误和永久性错误区分开，自动 关闭CAN的错误节点5CAN分层模型 依据ISO-OSI参考模型的分层结构 物理层 数据链路层 物理层 定义信号如何实际地传输 涉及位定时、位编码/解码、同

3、步 未定义物理层的驱动器/接收器特性， 以便允许根据实际的应用对发送媒体 和信号电平进行优化6中国矿业大学 http:/CAN分层模型-数据链路层数据链路层 介质访问控制子层MAC (Media Access Control) CAN的核心 将接收到的报文提供给LLC子层 接收来自LLC子层的报文 MAC子层负责分帧、仲裁、应答、错 误检测和标定 受“故障界定”管理实体监管故障 界定为自检机制，将永久故障和暂时 扰动区分开 逻辑链路控制子层LLC (Logical Link Control) 进行报文过滤、过载通知、恢复管理7发送器和接收器 发送器 产生报文的单元称为发送器 总线空闲或该单元失

4、去仲裁时，这个单元不叫“发送器” 接收器 如果一个单元不叫发送器同时总线也不在空闲期间，这个单元叫 “接收器”8CAN基本概念-报文 报文(Message) 总线上的信息以几个不同类型的固定格式的报文发送，但是长度 受限 当总线空闲时，任何连接在网络上的单元都可以开始发送新的报 文9CAN基本概念-信息路由信息路由(Information Routing) CAN系统中，CAN的节点不使用任何关于系统结构的信息(如节点地址) 系统灵活性 不需要应用层以及任何节点软件和硬件的任何改变，可以在CAN网 络中直接添加站点 报文路由 报文的寻址内容由标识符指定 标识符不指出报文的目的地，但是这个数据的

5、特定含义使得网络上 所有节点通过报文滤波来判断该数据是否应该由它(们)接收 多点传送(Multicast) 由于报文的滤波作用，任何数目的节点对同一条报文都可以接收并 同时对此报文作出反应 数据一致性(Consistency) 在CAN网络里确保报文同时被所有的节点接收(或无节点接收) 系统的这种数据一致性是靠多点传送和错误处理机制来实现10CAN基本概念(续1) 位速率(Bit Rate) 在一个给定的CAN系统中，位速率是唯一的，并且是固定的 优先权(Priorities) 在总线访问期间，标识符定义一个静态的(固定的)报文优先权 远程数据请求(Remote Data Request) 通

6、过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的 数据帧 数据帧和对应的远程帧具有相同的标识符 多主机(Multimaster) 总线空闲时，任何节点都可以开始传送报文 具有较高优先权报文的节点可以获得总线访问权11CAN基本概念(续2) 仲裁(Arbitration) 如果两个或两个以上的单元同时开始传送报文，就会发生总线访 问冲突 通过使用标识符逐位仲裁解决冲突 仲裁机制确保报文和时间均不损失 具有相同标识符的远程帧和数据帧同时发送时，数据帧优先于远 程帧 仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平 进行比较，如果电平相同，则这个单元可以继续发送如果发送电平和监视电平不

7、符，这个单元失去仲裁，必须退出发 送状态12CAN基本概念-安全性 安全性(Safety) 为了获得安全的数据发送，每个CAN节点均采取 措施进行错误检测、错误标定、错误自检 错误检测(Error Detection) 进行错误检测，需要采取以下措施 监视发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较 循环冗余(CRC)检查 位填充 报文格式检查13CAN基本概念-安全性（续1） 错误检测的性能(Performance or Error Detection) 错误检测的机制具有以下属性： 检测所有全局错误 检测到发送器的所有局部错误 可以检测到报文里多达5个任意分布的错误 检测到报文里长度低于

8、15位的突发性错误 检测到报文里任意奇数个错误 对于未检测到错误的报文，其遗漏错误的概率低于 ：4.710 -11 14CAN基本概念-安全性（续2） 错误标定和恢复时间(Error Signaling and Recovery Time) 任何检测到错误的节点会标示出损坏的报文，此报文会失效并将 自动重新传送 如果不再出现错误，那么从检测到错误到下一条报文传送开始为 止，恢复时间最多为31个位的时间 故障界定(Fault Confinement) CAN节点能够把永久故障和暂时干扰区别开，关闭故障节点15CAN基本概念(续3) 连接(Connections) CAN串行通讯链路是可以连接许多

9、单元的总线，理论上可以连接 无数个单元 实际连接数量受延迟时间以及总线驱动能力的影响 单一通道(Single Channel) 总线由单一通道组成，传输位流 从传输的数据中可以再获得同步信息 规范没有规定通道实现通信的方法，因此可以采用单芯线(加地线 )、两条差分线、光缆等16CAN基本概念(续4) 总线值的表示(Bus Value) 总线上有两个互补的逻辑值中的一个：“显性，Dominant”和“隐性，Recessive” 当显性位和隐性位同时传送时，其结果是总线的值是显性，例如在总线上执行“线与”时，显性位代表逻辑“0”，隐性位代表逻辑“1”，0 and 1 0 规范没有规定表示逻辑值的物

10、理状态：比如电压、光强度17CAN基本概念(续5) 应答(Acknowledgement) 所有的接收器对接收到的报文进行一致性检查，对于一致的报文，接收器给予应答；不一致的报文，接收器作出标志 睡眠模式/唤醒(Sleep Mode/Wake-up) CAN器件可以设置为睡眠模式节省电能，睡眠模式停止活动并与总线驱动器断开 睡眠模式可以由于总线运作或系统内部条件改变而结束 总线唤醒时，等待振荡器工作稳定，等待与总线活动同步（等待11个连续隐性位）18振荡器误差(Oscillator Tolerance) 振荡器误差(Oscillator Tolerance) 位定时的精度要求允许在传输率为12

11、5Kbps以内的应用中使用陶瓷谐振器 为了满足CAN协议的整个速度范围(达到1Mbps)位定时的精度，需要使用晶体振荡器19报文传输帧格式 标准帧 BOSCH V2.0 A 11位标识符 扩展帧 BOSCH V2.0 B 29位标识符帧类型 4种不同类型的帧 数据帧(Data Frame) 将数据从发送站点传送到接收站点，发送数据 远程帧(Remote Frame) 请求发送具有同一标识符的数据帧，请求数 据 错误帧(Error Frame) 任何单元检测到总线错误即发出错误帧 过载帧(Overload Frame) 在相邻的数据帧或远程帧之间提供更多的延 时20数据帧数据帧 7个位域构成 帧

12、起始(Start of Frame)仲裁域(Arbitration Field) 控制域(Control Field)数据域(Data Field) CRC域(CRC Field) 应答域(ACK Field) 帧结尾(End of Frame) 数据域长度可以为0 帧起始(SoF) 适合标准格式和扩展格式 标示报文帧的开始 由一个显性位组成(逻辑0) 总线空闲时允许站点开始发送 所有站点必须同步于总线空闲期间第一个发送帧的起始前沿21中国矿业大学 http:/数据帧-仲裁域-标准格式 标准格式 仲裁域由11位标识符 + RTR位组成 11位标识符 ID-28ID18 标准格式标识符 标准格式

13、标识符11位，相当于扩展格式基本ID 按照ID-28ID18顺序发送，高位在前 7个最高位 ID-28ID22中不能全是隐形(逻辑1)22数据帧-仲裁域-扩展格式 扩展格式 29位标识符ID28ID0 SRR IDE RTR 扩展格式标识符 11位基本ID + 18位扩展ID 基本ID：相当于标准格式标识符，定义扩展帧的基本优先权 扩展ID：ID17ID023数据帧-仲裁域(续) RTR 远程发送请求位(Remote Transmission Request Bit) RTR在数据帧中为显性(逻辑0) RTR在远程帧中为隐性(逻辑1) SRR 替代远程请求位(Substitute Remote

14、 Request Bit) 隐性位(逻辑1) 代替标准帧中RTR位置 当标准帧与扩展帧发生冲突，扩展帧的基本ID与标准帧的标识符 相同时，标准帧优先 IDE 标识符扩展位(Identifier Extension Bit) 标准格式中IDE显性位(逻辑0) ，扩展格式中IDE为隐性位(逻辑1)24数据帧-控制域 控制域 6位，标准格式和扩展格式不同 标准格式 IDE显性位，r0保留位-显性位 扩展格式 保留位r1，r0显性位25数据帧-控制域-数据长度代码数据长度代码 标识帧中数据的个数 08个数据右表中 d dominant，显性，逻辑0 r recessive，隐性，逻辑1数据字节数据长度

15、代码DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4drdd5drdr6drrd7drrr8rddd26数据帧-数据域、CRC域 数据域 数据帧中实际发送的数据 08字节 先发送高字节MSB CRC域 循环冗余码CRC(Cyclic Redundancy Check) CRC序列 CRC界定符，1个隐性位 CAN控制器中硬件提供CRC计算 和校验27数据帧-应答域、帧结尾应答域(ACK Field) 应答间隙1位+应答界定符1位 应答域中发送器发送两个隐性位 应答间隙 所有收到匹配CRC序列的站点会在 应答间隙期间用一个显性位做出 回应 接收站发出的显性位位于发送器 的隐性位位置 应答界定符 应答界定符为一个隐性位 帧结尾 每个数据帧或远程帧由称为帧结尾的 标志序列界定 帧