《网络控制技术及应用第4章ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络控制技术及应用第4章ppt培训课件（147页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、网络控制技术及应用,任课教师：xxx 电子邮箱： 联系电话：13xxxxxxx45,第四章 控制器局域网CAN,CAN发展史 CAN的主要特性 CAN2.0规范 CAN器件及其应用 CAN网络实时性分析 CAN网络信号组帧技术,Whats CAN? CAN=Controller Area Network，控制器局域网； 连接工业现场各设备，汽车ECUs（Electronic Control Units，电子控制单元）； 主要用于现场设备之间、车辆内部组件间的数据通信。,10,发动机接口,1986年2月，Robert Bosch 公司在SAE（汽车工程协会）大会上介绍了一种新型的串行总线CAN控
2、制器局域网,那是CAN诞生的时刻。今天，在欧洲几乎每一辆新客车均装配有CAN局域网。同样，CAN也用于其他类型的交通工具，从火车到轮船或者用于工业控制。CAN已经成为全球范围内最重要的总线之一 甚至领导着串行总线。在1999年，接近6千万个CAN控制器投入应用；2000年，市场销售超过1亿个CAN器件。,4.1 CAN发展史,起源,在1980年的早些时候，Bosch公司的工程师就开始论证当时的串行总线用于客车系统的可行性。因为没有一种现成的网络方案能够完全满足汽车工程师们的要求，于是，在1983年初开始研究一种新的串行总线。新总线的主要方向是增加新功能、减少电气连接线。 1986年2月，CAN
3、诞生了。在底特律的汽车工程协会大会上，由 Bosch公司研究的新总线系统被称为“汽车串行控制器局域网” 。此方案基于非破坏性的仲裁机制，能够确保高优先级报文的无延迟传输。传输的报文并非根据报文发送器/接收器的节点地址识别（几乎其它的总线都是如此），而是根据报文的内容识别。同时，用于识别报文的标识符也规定了该报文在系统中的优先级。,4.1 CAN发展史,起源,1987年中期，Intel提前计划2个月交付了首枚CAN控制器：82526，这是CAN方案首次通过硬件实现。不久之后，Philips 半导体推出了82C200。,4.1 CAN发展史,起源,在1990年早些时候，Bosch CAN 规范（C
4、AN 2.0版）被提交给国际标准化组织。在数次行政讨论之后，应一些主要的法国汽车厂商要求，增加了“Vehicle Area Network（VAN）”内容，并于1993年11月出版了CAN的国际标准ISO11898。除了CAN协议外，它也规定了最高至1Mbps波特率时的物理层。同时，在国际标准ISO11519-2中也规定了CAN数据传输中的容错方法。1995年，国际标准ISO11898进行了扩展，以附录的形式说明了29位CAN标识符。,4.1 CAN发展史,标准化与一致性,ISO11898-1称为“CAN数据链路层”，ISO11898-2称为“非容错CAN物理层”，ISO11898-3称为“容
5、错CAN物理层”， ISO11898-4称为“时间触发通讯的CAN（TTCAN）” 。国际标准ISO11992（卡车和拖车接口）和ISO11783（农业和森林机械）都在美国标准J1939的基础上定义了基于CAN应用的子协议，但是它们并不完整 。 为避免出现不兼容的CAN应用，Bosch 公司一直在进行验证CAN芯片是否基于Bosch的CAN参考模型的工件。此外，德国Applied Science大学进行CAN的一致性测试，测试模式基于国际标准测试规范ISO16845。,4.1 CAN发展史,标准化与一致性,尽管当初研究CAN的起点是应用于客车系统，但CAN的第一个市场应用却来自于其他领域。 瑞
6、士工程办公室Kvaser 建议将CAN应用至一些纺织机械厂，并由他们提供机器的通讯协议。到1989年，他们已研究出通讯原理，并于1990年早期帮助建立“CAN Kingdom”开发环境。尽管CAN Kingdom并不是一种基于OSI参考模型的应用层，但它被认为是基于CAN的高层协议的原型。 在荷兰，Philips医疗系统决定使用CAN构成X光机的内部网络，成为CAN的工业用户。主要由Tom Suters发表的“Philips报文规范PMS”提出了CAN网络的第一个应用层。,4.1 CAN发展史,CAN先行者的发展,在1990年的早些时候，开始筹划成立一个用户组织，从而将不同的解决方案标准化，讨
7、论建立一个促进CAN技术发展的中立平台，同时也针对串行总线市场进行分析。1992年5月，CiA“CAN in Automation”用户集团正式成立。 CiA的首批任务之一是规定CAN的应用层。依靠CiA会员的协助，CAL“CAN应用层”也称为“绿皮书”诞生了。在制定CAN应用规范时，CiA的一个主要任务是进行CAN专家和其他CAN学习者之间的信息交流。因此，从1994年起，CiA每年召开一次国际CAN会议（iCC）。,4.1 CAN发展史,CAN先行者的发展,生产CAN模块集成器件的15家半导体厂商主要聚焦于汽车工业。从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司已向欧洲的客
8、车厂商提供了大量的CAN控制器。 从1992年起，Mercedes-Benz（奔驰） 开始在他们的高级客车中使用CAN技术。第一步使用电子控制器通过CAN对发动机进行管理；第二步使用控制器接收人们的操作信号。这就使用了2个物理上独立的CAN总线系统，它们通过网关连接。其他的客车厂商也纷纷赶来斯图加特学习，在他们的客车上也使用2套CAN总线系统。,4.1 CAN发展史,从理论到实践,在1990的早些时候，美国俄亥俄州的机械工程公司的工程师们与Allen-Bradley公司、Honeywell 微型开关公司开始了一个合资项目，内容是基于CAN的通讯与控制。但是，不久之后，项目组的重要成员离开合资项
9、目终止。但Allen-Bradley 公司和Honeywell公司各自继续从事这项工作。这导致产生了两个高层协议：“DeviceNet”和“Smart Distributed System （SDS）”，而且这2个协议在较低层的通讯层上非常相似。 Allen-Bradley将DeviceNet规范移交给专职推广DeviceNet 的组织“Open DeviceNet Vendor Association（ODVA）”。而Honeywell 则放弃了在SDS方面的努力。,4.1 CAN发展史,从理论到实践,从1993年起，由Bosch领导的欧洲协会研究出一个原型，由此发展成为CANopen。它是
10、一个基于CAL的子协议，用于产品部件的内部网络控制。CANopen 规范移交给CiA组织，由其进行维护与发展。在1995年，CiA发表了完整版的CANopen 通讯子协议；仅仅用了5年的时间，它已成为全欧洲最重要的嵌入式网络标准。 CANopen 不仅定义了应用层和通讯子协议，也为可编程系统、不同器件、接口、应用子协议定义了页状态，这也就是工业领域（比如：打印机、海事应用、医疗系统）决定使用CANopen的一个重要原因。 DeviceNet 和 CANopen是两个定位于不同市场的标准应用层协议（EN 50325）。DeviceNet 适合于工厂自动化控制；CANopen 适合于所有机械的嵌入
11、式网络。,4.1 CAN发展史,从理论到实践,1983： Start of the Bosch internal project to develop an in-vehicle network 1986： Official introduction of CAN protocol 1987： First CAN controller chips from Intel and Philips Semiconductors 1991： Boschs CAN specification 2.0 published 1991： CAN Kingdom CAN-based higher-layer p
12、rotocol introduced by Kvaser 1992： CAN in Automation international users and manufacturers group established 1992： CAN Application Layer (CAL) protocol published by CiA,4.1 CAN发展史,CAN历史事件一览表,1992： First cars from Mercedes-Benz used CAN network 1993： ISO 11898 standard published 1994： 1st internation
13、al CAN Conference (iCC) organized by CiA 1994： DeviceNet protocol introduction by Allen-Bradley 1995： ISO 11898 amendment (extended frame format) published 1995： CANopen protocol published by CiA 2000：Development of the time-triggered communication protocol for CAN (TTCAN),4.1 CAN发展史,CAN历史事件一览表,4.2
14、CAN的主要特性,CAN为多主工作方式,4.2 CAN的主要特性,报文分成不同的优先级，可满足不同的实时要求 CAN采用非破坏总线仲裁技术,4.2 CAN的主要特性,可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据 直接通信距离最远可达10km(速率在5kbps以下)；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。 标准帧报文标识符有11位，节点数目前可达110个，报文数可达2032种；扩展帧，报文标识符有29位，报文个数几乎不受限制。 具有可靠的错误检测和处理机制（CRC校验） 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活 节点具有自动关闭输出功能（在错误严重时） ，以使总
15、线上其他节点的操作不受影响,4.2 CAN的主要特性,较高的性能价格比,4.2 CAN的主要特性,CAN器件丰富,4.3 CAN 2.0规范,CAN规范的目的是为了在任何两个CAN 仪器之间建立兼容性。主要对数据链路层和物理层中位编码、位解码、位定时等进行了描述，而未定义物理层中的驱动器/接收器特性，这为物理层的选择留有很大的灵活性。 CAN1.2规范 CAN2.0规范：CAN2.0A与CAN2.0B,4.3.1 CAN 的分层结构,CAN Model,Management,4.3.1 CAN 的分层结构,逻辑链路控制子层 (LLC) 为远程数据请求以及数据传输提供服务。 确定由实际要使用的L
16、LC 子层接收哪一个报文。 为恢复管理和过载通知提供手段。 媒体访问控制子层（MAC） 负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。 把接收到的报文提供给LLC 子层，并接收来自LLC 子层的报文。 被称作故障界定的管理实体监管，此故障界定为自检机制，以便把永久故障和短时扰动区别开来。 物理层 定义信号是如何实际地传输的，因此涉及到位时间、位编码、同步的解释。 没有定义物理层的驱动器/接收器特性，以便允许根据它们的应用，对发送媒体和信号电平进行优化。,4.3.2 CAN 的基本概念,报文（Messages） 总线上的报文以不同的固定报文格式发送，但长度受限。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。 本规范中的报文就是数据链路层的数据传输单元帧。每帧的长度因类型或数据的差异在44108位（标准格式帧）或者64128位（扩展格式帧）之间变化，这里未包括位填充产生的长度。 信息路由（Information Routing）：在CAN 系统里，CAN 的节点不使用任何关于系统配置的报文（比如，站地址）。 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 网络中直接添加节点。 报文路由：报文的内容由标识符命名。标识符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。,
