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1、CAN总线读书笔记CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准。CAN总线解决方案为嵌入式设计提供通信与连接，使其进入崭新阶段。CAN串行总线协议是一款高速可靠的通信协议，创建最初用于汽车应用，如今已广泛用于需要达到1Mbps比特率的稳健通信应用。在产品设计中集成CAN协议将是在恶劣电气环境下实现高度实时通信功能的低成本的可靠途径。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识
2、码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC佥验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。近年来广泛应用于汽车控制系统和工业控制系统领域。下面我们可以看到CAN
3、-BUS、线技术应用的具体案例。案例1:电动汽车充电站换电站充电桩CAN总线管理系统方案背景介绍：电动汽车充电站是电动汽车发展和普及的重要基础支撑系统，也是电动汽车商业化、产业化过程中的重要环节。现在通常的通电方式有3类，适用于不同的应用场合。充电站通常主要提供快速充电服务，辅以用于慢速充电的充电桩；充电桩则只能提供慢速充电；换电站则提供为电动汽车更换电池的服务。而这三类的充电方式都会同样使用到计算机作为管理核心，并且通过以太网来连接站内的各个功能部分，如计费和打印等计算机和系统。所以以太网是作为管理网络存在于系统当中。对于直接的充电的指示和监控则是由可靠性和实时性更好的CAN总线来管理的，所
4、以BMSffi充电桩都是CAN接口的。比较这3类充电方式的系统结构（图1）可见，系统的设备仅仅是在具体的充电方式上不同，在网络传输方面都是一致的。图1为电动汽车充电站充电桩CAN网络系统结构。在系统上就要求有网关能实现以太网和CAN总线的数据转换。CAN接口卡以太网CAN总线n路CAN总线2路充电桩以太网转CAN接口卡CAN总以太网I充电桩线1路充电桩充电桩充电控制系统主机充电控制系统主机图1电动汽车充电站充电桩CAN网络系统结构通常在CAN网和以太网之间加人转换接口。如加入中继器、网桥、路由器等专门的硬件设备，硬件设备还可以是一块智能接口网板，来完成现场总线智能设备与以太网中央监控计算机之间
5、的数据通信。一般来说这种转换接口的工作原理就是借助这些专门的硬件设备获取CAN总线上的数据信息，然后封装成UDP/TCP包，再通过以太网传输。以标准帧和UDP为例。当数据从CAN总线向以太网转换时，假设CAN协议使用标准帧格式。网关取出CAN总线数据，将仲裁字段中1l位标识符由高到低转换为以太网应用层的高8位设备ID和低8位设IDo数据字段由高到低分别写入命令字、数据标识和数据中。子系统标识是根据设备ID查询其属性，填人其优先级、局级优先级、系统标识、子系统标识，加上校验码，完成CAN数据帧向以太网应用层协议的转换。如图2所示。以太网应用层数据向CAN数据帧转换时，将设备的高8位设备ID和低8
6、位设备ID，写人CAh数据帧的前两个字节，数据的前两个字节参加滤波，在CAN总线中用来识别设备。后面的8位命令字、8位数据标识和16位的数据写入数据的后4个字节。如图3所示。整个的系统的通信逻辑可以简单理解为：CAN设备向以太网设备发送数据时，首先CAN设备生成（：AN报义定时向CAN总线发送数据网关中CAN通信模块接收到CAN报义后，放到缓冲区中，以太网通信模块将报义取出转换成应用层数据协议，生成IP包中的数据场，填充IP报头，交由底层议发送到目的主机.日的主机将数据存储下来。反之.将以太网数据传给CAN设备时.以太网数据经过总线接口，首先判断是否是本网关数据，如果是本网关数据.取出应用层数
7、据放到数据缓冲区中，在CAN数据模块中将其转化为CAN帧，并发送数据。案例2:CAN总线在X线放射治疗模拟机中的应用CAN总线刚出现的时候，是作为轿车内的控制器连网手段。在非营利组织CiA（CANinAutomation）的推动下，CAN正在向更多的应用领域渗透。虽然汽车仍将是CAN技术的自留地，但支持者预期许多新的领域可能应用这种“嵌入网络”。正如CiA总经理HolgerZeltwanger所言，一旦CANoper协议完成标准化，厂商就可以利用该标准“把它们的应用与产品扩散到全新的市场”。有些人把CAN技术称为“嵌入网络”。例如在医疗电子领域，尽管CAN和CANoper并不是全新的技术。但是
8、，有些厂商认为，CAN在该领域拥有很大的增长潜力。例如，对于在医院层面上传输图像数据，Ethernet就足够了。但是，控制数据或者参数等时间关键数据必须在设备层面上传输，CAN此时是理想的解决方案。如在X射线扫描仪等恶劣环境下，CAN总线的高物理强壮性与固定拓扑，使得CAN总线和CANoper协议优于Ethernet。”在MRI扫描仪中，磁场强度很高。背景介绍：。X线放射治疗模拟机（以下简称模拟机）和医用加速器是临床最常用的放疗设备。模拟机是一种大型的医疗设备，其由机架、床、准直器、影象系统、床侧控制器、数据显示器等几部分组成，控制对象繁多，控制系统比较复杂，利用CAN总线技术设计了模拟机的控
9、制系统，将各个功能单元设计成独立的CAN节点挂接在CAN总线上，简化了系统的设计，降低了产品成本，有效了提高了设备的可靠性、可扩展性、抗干扰性，取得了比较理想的效果。模拟机电气控制系统整体设计框图如图4所示，计算机控制系统由上位机和下位控制系统组成，上位机为标准PC机，图象采集卡和双显卡接插于PC机的PCI总线上。上位机专用来与用户进行人机交互、数字图象处理、网络传输，其连接两台显示器分别用做图象处理的显示和模拟机系统状态的显示。上位计算机与下位控制系统之间通过RS232串口进行通信，通信速度为9600bps。下位控制系统包括系统主控制板、准直器运动控制板、床和机架运动控制板、系统状态检测板、
10、继电器控制板、运动控器、状态显示屏等组成，这些分系统是具有CAN接口的微处理器系统，它们之间的通信通过CAN总线实现，速度为500Kbps。系统主控制板负责上位机与下位控制系统的通信和协调机器的运动控制，机器的运动由相应的运动控制板进行控制，所有的控制命令和系统状态信息均通过CAN总线进行交互。图4电气控制系统整体设计整个控制系统具有以下几个特点：a.通行可靠整个系统是CAN总线分布式控制系统，控制方式明晰、可靠性高，通信速度快，通信总线利用效率高。b.可扩展性强。由于系统通信采用CAN总线，可以在不改动任何硬件的情况下进行系统的扩展，并且对系统原有的性能没有任何影响，只要在功能板卡上设计符合
11、本机CAN通信软硬件接口就可以作为模拟机的一个独立节点挂接到系统，这就可以在很短的时间内方便的扩展模拟机的功能，使其适应更多的临床要求。c.抗干扰性强。操作间与模拟机机器之间的电气连接是通过经光隔的CAN总线实现，整个现场总线的各个节点之间的电气连接都是数字信号，系统的抗干扰性和可靠性大大提高。d.成本低廉。由于系统采用CAN通信，所有的控制信息和状态信息都通过CAN总线传输；执行机构使用步进电机，自行设计步进电机控制驱动板，这就将相对复杂的控制系统“划分”成多个独立的“分控制器”，它们之间通过CAN总线高速、可靠的进行通信。这些因素都使控制系统的结构清晰、简化，可以有效降低控制系统的板卡数量
12、，增加系统的可维护性，使产品的成本大大降低。总之，现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。1 参考文献王泓.CAN总线的消息机制J中国测试技术，2006.2 顾本广.医用加速器M.北京：科学出版社，2003夏德海论现场总线的应用J自动化仪表，2007.ZHOUT，SHARIFHHEMPELMetal.ANovelAdaptiveDistributedCooperativeRelayingMACProtocolforVehicularNetworksJCommunicationsIEEEJournal，2011.3 ZHANGin，ZAHN(Qian,WEIJIAJ.VC-MACACo-operativeMACProtocolinVehicularNetworksJ.VehicularTechnology,IEEETransactions,2009.
