控制器局域网总线——can

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1、2019/7/23,1,控制器局域网总线CAN,一、CAN的性能特点 CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计，CAN越来越受到人们的重视。国外已有许多大公司的产品采用了这一技术。 CAN已经形成国际标准。它是一种多主机局域网，由于其性能卓越，现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备，交通设备、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。,2019/7/23,2,CAN属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，其数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。特点： CAN为多主方式工作 ，可方便地构成多机备份系统。 C

2、AN网络上的节点信息分成不同的优先级。 CAN采用非破坏性总线仲裁技术，在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况。 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传 送接收数据，无需专门的“调度”。,2019/7/23,3,CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路 。 采用短帧结构，具有极好的检错效果。 CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。 CAN的通信介质可选择灵活。 CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。,2019/7/23,4,二、CAN的技术规范,技术规范包括A和B两部分。 2.0A给

3、出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。 1、CAN的基本概念 报文 总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限制。 位速率,2019/7/23,5,信息路由 CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息(如站地址)。 它以包含下列重要概念： 系统灵活性、报文通信、成组、数据相容性 优先权 在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。 远程数据请求 通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。,2019/7/23,6,多主站 仲裁 总线访问冲突运用逐位仲裁规则。 安全性 检测错

4、误 出错标注和恢复时间 已损报文由检出错误的任何节点进行标注。如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发送的恢复时间最多为29个位时间。,2019/7/23,7,故障界定 CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可自动关闭故障节点。 连接 单通道 由单一进行双向位传送的通道组成的总线，借助数据重同步实现信息传输。 总线数值表示 总线上具有两种互补逻辑数值；显性电平或隐性电平。,2019/7/23,8,应答 所有接收器均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。 睡眠方式及唤醒 为降低系统功耗，CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总线的驱动器

5、。,2019/7/23,9,2、CAN节点的分层结构,CAN分为数据链路层(包括逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC)和物理层。 在CAN技术规范20A的版本中，数据链路层的LLC和MAC子层的服务和功能被描述为“目标层”和“传送层”。 LLC子层的主要功能 物理层的功能,2019/7/23,10,CAN技术规范20B定义了数据链路中的MAC子层和LLC子层的一部分，并描述与CAN有关的外层。 MAC子层是CAN协议的核心，它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。 LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知和恢复管理。,2019/7/23,11,3、报文传送及其帧结

6、构,发送器 接收器 构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码。 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。出错帧和超载帧也是采用固定格式，也不进行位填充。 报文中的位流按照非归零(NRZ)码方法编码 。,2019/7/23,12,报文传送由4种不同类型的帧表示和控制 数据帧携带数据由发送器至接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。,2019/7/23,13,数据帧,数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场

7、和帧结束。 在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称为扩展帧。,2019/7/23,14,新型控制器必须执行标准格式，但不要求必需执行完全的扩展格式 。至少具有下列特性，则可被认为同CAN技术规范兼容： A、每个控制器均支持标准格式； B、每个控制器均接受扩展格式报文，即不至于因为它们的格式而破坏扩展帧。,2019/7/23,15,(1)帧起始(SOF)标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成。 (2)仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR)组成。 (3)控制场由6位组成，控制场包括数据长度码和两个保留位

8、，这两个保留位必须发送显性位，但接收器认可显位与隐位的全部组合。 (4)数据场由数据帧中被发送的数据组成，它可包括08个字节，每个字节8位。首先发送的是最高有效位。,2019/7/23,16,(5)CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。 (6)应答场(ACK)为两位，包括应答间隙和应答界定符。 (7)帧结束：每个数据帧和远程帧均由7个隐位组成的标志序列界定。 远程帧 远程帧由6个不同分位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。,2019/7/23,17,出错帧 出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的错误标志叠加得到，后随的第二个场是出错界定符。 错误标志具有两种形式

9、，一种是活动错误标志，一种是认可错误标志，活动错误标志由6个连续的显位组成，而认可错误标志由6个连续的隐位组成。,2019/7/23,18,超载帧 超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符。 超载条件： A、一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧的接收器的内部条件； B、另一个是在间歇场检测到显位。 超载标志由6个显位组成。 超载界定符由8个隐位组成。,2019/7/23,19,帧间空间 帧间空间包括间歇场和总线空闲场，对于前面已经发送报文的“错误认可”站还有暂停发送场。 间歇场由3个隐位组成。 总线空闲周期可为任意长度。,2019/7/23,20,4、错误类型和界定,CAN总线中存在5种错误类型

10、 位错误 填充错误 CRC错误 形式错误 应答错误,2019/7/23,21,CAN总线中，任何一个单元可能处于下列三种故障状态之一：错误激活、错误认可和总线关闭。 为了界定故障，在每个总线单元中都设有两种计数： 发送出错计数和接收出错计数。 这些计数按照（书94-95）规则进行(在给定报文传送期间，可应用其中一个以上的规则)。,2019/7/23,22,5、位定时与同步,6、CAN总线媒体装置特性 （基于双绞线的建议 ） 将连接于总线的每个节点称为电子控制装置(ECU)。总线每个末端均接有以RL表示的抑制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、单线下拉或双

11、线驱动，接收采用差分比较器。 总线可具有两种逻辑状态：隐性或显性,2019/7/23,23,三、 CAN总线有关器件介绍,1、CAN通信控制器82C200 CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成。 82C200有PCA 82C200和PCF82C200两种类型。,2019/7/23,24,控制器主要由下述几部分构成： (1)接口管理逻辑 (2)发送缓存器 (3)接收缓存器 (4)位流处理器 (5)位定时逻辑 (6)收发逻辑 (7)错误管理逻辑 (8)控制器接口逻辑,2019/7/23,25,82C200对于微控制器以两部分独

12、立工作的存储器映像外围设备出现，下面介绍各寄存器地址分配及功能。 地址分配 82C200的地址域由控制段和报文缓存器组成。被发送的报文必须写入发送缓存器，成功接收后，微控制器可从接收缓存器读取报文，然后释放它，准备下次使用。 控制段 微控制器与82C200之间的状态、控制和命令信号的交换在控制段中完成。,2019/7/23,26,1控制寄存器(CR) 控制寄存器的内容用于改变82C200的状态，控制位可被微控制器置位或复位，它将 控制寄存器作为读写存储器。 2命令寄存器(CMR) 命令位在82C200的传输层内初始化一种作用，命令寄存器对于82C200作为读写存储器出现，若对地址进行读访问，则

13、返回字节11111111B。,2019/7/23,27,3状态寄存器(SR) 状态寄存器的内容影响总线控制器的状态。状态寄存器对于微控制器作为只读存储 器出现。 4中断寄存器(IR) 中断寄存器允许识别中断源，当寄存器的一个或更多位被置位时，INT引脚被激活。在该寄存器被微控制器读出后，所有位被82C200复位。该寄存器对于微控制器作为只读 存储器出现。,2019/7/23,28,5验收码寄存器(ACR) 验收码寄存器是82C200的验收滤波器的一部分，若复位请求位被置为高，该寄存器可被访问。 6验收屏蔽寄存器(AMR) 7总线定时寄存器0(BTR0) 总线定时寄存器0的内容决定波特率预分频器

14、(BRP)和同步跳转宽度(SJW)的数值。 8总线定时寄存器1（BTR1） 总线定时寄存器1的内容为周期宽度、采样点位置和在每个采样点获取采样的数目。,2019/7/23,29,9输出控制寄存器(OCR) 在软件的控制下，输出控制寄存器可建立输出驱动器的不同配置。 若82C200处于睡眠方式(Sleep位为高)，隐性电平在引脚CTX0和CTXl输出。 若82C200处于复位状态(复位请求位为高)，则输出驱动器悬浮。 由输出控制寄存器中两位输出方式(OCMODE1，OCMODE0)可确定的4种输出方式：,2019/7/23,30,正常输出方式： 位序列(TXD)通过CTX0和CTXl被传送。 时

15、钟输出方式：对于引脚CTX0，这种方式与正常输出方式相同。而CTXl的数据流被发送时钟代替，发送时钟的上升沿标志位周期的开始，时钟脉冲宽度为tSCL。 双相输出方式：与正常输出方式相反，位出现时间是可变的，并且是可触发的。,2019/7/23,31,测试输出方式：对于引脚CTX0，这种方式与正常方式相同。为测试发送和接收之间的延迟时间，这种方式将输入比较器的输出端与CTXl输出驱动器的输入端连接起来，此方式仅用于测试。 10、测试寄存器 测试寄存器仅用于生产测试,2019/7/23,32,发送缓存层 该缓存区用于存储由微控制器送至82C200的被发送报文。 它分为描述符和数据场。发送缓存器可借

16、助微控制器写入或读出。 A、描述符 (1)标识符(1D) (2)远程发送请求位(RTR) (3)数据长度码(DLC) 数据字节计数的范围为。08个字节，并被编码为： 数据字节数=8DLC.3+4DLC.2+2DLC.1+DLC.0,2019/7/23,33,B、数据场 发送数据字节的数目由数据长度码决定。地址单元12中的数据字节1的最高位将首先被发送。 接收缓存器层 接收缓存器有两个物理存储区，对应同一个逻辑地址空间。 时钟分频寄存器 用来控制微控制器的CLKOUT输出频率。,2019/7/23,34,2、Intel 82527CAN通信控制器,独立的CAN控制器。它可通过并行总线与各种微控制器接口，也可通过串行口与无并行总线的微控制器接口。 一种可按CAN规程完成串行通信的高集成度器件 。 82527是支持CAN规程2.0B标准和扩展报文格式的第一个器件。,2019/7/23,35,82527具有一个强功能的CPU接口 。 可提供15个8字节数据长度的