CAN   控制器局域網(wǎng)

在物理線(xiàn)路上，由于噪聲干擾、信號(hào)衰減等多種原因，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中常常出現(xiàn)差錯(cuò)，而物理層只負(fù)責(zé)透明地傳輸結(jié)構(gòu)的原始比特流，不可能進(jìn)行任何差錯(cuò)控制。因此，當(dāng)需要在一條線(xiàn)路上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，除了必須有一條物理線(xiàn)路(鏈路)外，還必須有一些必要的規(guī)程來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)。

什么是 CAN 總線(xiàn)

CAN 是“Controller Area Network”的縮寫(xiě)，即“控制器局域網(wǎng)”，是一個(gè) ISO 標(biāo)準(zhǔn)的串行通信協(xié)議。CAN 總線(xiàn)由德國(guó) BOSCH 公司研發(fā)設(shè)計(jì)，用于應(yīng)對(duì)汽車(chē)上日益龐大的電子控制系統(tǒng)的需求，其最大的特點(diǎn)是可拓展性好，可承受大量數(shù)據(jù)的高速通信，并且高度穩(wěn)定可到。ISO 組織通過(guò) ISO11898 和 ISO11519 對(duì) CAN 總線(xiàn)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，使其早早確立了歐洲汽車(chē)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的地位。時(shí)至今日，CAN 總線(xiàn)已經(jīng)獲得業(yè)界的高度認(rèn)可，其應(yīng)用也從汽車(chē)電子領(lǐng)域延伸至工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。

CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CAN 總線(xiàn)的物理連接只需要兩根線(xiàn)，常稱(chēng)為 CAN_H 和 CAN_L，通過(guò)差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。CAN 總線(xiàn)有兩種電平，分別為 隱性電平 和 顯性電平，這兩種電平有著類(lèi)似漏極 I/O 電平信號(hào)之間“與”的關(guān)系：

若隱性電平相遇，則總線(xiàn)表現(xiàn)為隱性電平;

若顯性電平相遇，則總線(xiàn)表現(xiàn)為顯性電平;

若隱性電平和顯性電平相遇，則總線(xiàn)表現(xiàn)為顯性電平。

一個(gè)典型的 CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，注意兩端的終端電阻是必需的。

CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層包括

1、通信機(jī)制

2、數(shù)據(jù)幀

3、錯(cuò)誤檢測(cè)

4、幀格式

5、位定時(shí)與同步

CAN總線(xiàn)幀格式

數(shù)據(jù)就是通過(guò)這種格式按位發(fā)送出去?？偩€(xiàn)上總共有以下5種不同類(lèi)型的幀。

CAN 總線(xiàn)協(xié)議規(guī)定了5種幀，分別是數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀以及幀間隔，實(shí)踐中數(shù)據(jù)幀的應(yīng)用最為頻繁。各種幀的用途如表1所示。

數(shù)據(jù)幀用來(lái)節(jié)點(diǎn)之間收發(fā)數(shù)據(jù)，是使用最多的幀類(lèi)型;遠(yuǎn)程幀用來(lái)接收節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù);錯(cuò)誤幀是某節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)幀錯(cuò)誤時(shí)用來(lái)向其他節(jié)點(diǎn)通知的幀;過(guò)載幀是接收節(jié)點(diǎn)用來(lái)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)告知自身接收能力的幀;用于將數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀與前面幀隔離的幀。

數(shù)據(jù)幀根據(jù)仲裁段長(zhǎng)度不同分為標(biāo)準(zhǔn)幀(2.0A)和擴(kuò)展幀(2.0B)。

幀起始由一個(gè)顯性位(低電平)組成，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀起始，其他節(jié)點(diǎn)同步于幀起始;

幀結(jié)束由7個(gè)隱形位(高電平)組成。

仲裁段

CAN總線(xiàn)是如何解決多點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題?

由仲裁段給出答案。

CAN總線(xiàn)控制器在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)監(jiān)控總線(xiàn)電平，如果電平不同，則停止發(fā)送并做其他處理。如果該位位于仲裁段，則退出總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng);如果位于其他段，則產(chǎn)生錯(cuò)誤事件。

幀ID越小，優(yōu)先級(jí)越高。由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性電平，遠(yuǎn)程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀;由于標(biāo)準(zhǔn)幀的IDE位為顯性電平，擴(kuò)展幀的IDE位為隱形電平，對(duì)于前11位ID相同的標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀，標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先級(jí)比擴(kuò)展幀高。