CAN（Controller Area NetWork）總線，即控制器局域網(wǎng)總線，是由德國Bosch公司于1982年開發(fā)和推出的最早用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在20多年的歷史中，CAN總線在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。CAN現(xiàn)場總線按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出的“開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）”參考模式，實現(xiàn)其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。CAN控制器用來實現(xiàn)CAN總線協(xié)議。本文主要對CAN總線通信報文驗收濾波、位定時與同步做了詳細介紹，具體的跟隨小編一起來了解一下。

一、CAN總線通信報文驗收濾波

1、驗收濾波器的特點和功能

1）驗收濾波器的特點

LPC2000系列ARM微控制器是采用ARM7TDMI-S內(nèi)核的32位嵌入式微處理器，內(nèi)嵌2路或4路CAN控制器和驗收濾波器。驗收濾波器為CAN控制器提供全局的報文標(biāo)識過濾功能。它包含一個512×32（2 KB）的RAM，在這2 KB的RAM中可以設(shè)置1～5個報文標(biāo)識符表，形成一個查找表LUT（LookUp Table）。整個查找表可以容納1024個標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符或512個擴展標(biāo)識符，或兩種混合類型的標(biāo)識符。5個可能的標(biāo)識符表格包括FullCAN的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表和獨立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符范圍表、獨立擴展標(biāo)識符表以及擴展標(biāo)識符范圍表。這5個表格不是必須同時存在，可以根據(jù)需要裁減。如果一個表格的起始地址等于下一個表格的起始地址或表格終止寄存器的數(shù)值，則該表格為空，在處理中將被忽略。

2）驗收濾波器的功能

LPC2000系列ARM微控制器的CAN驗收濾波器有2種工作模式：一種是一般模式；另一種被稱為“FullCAN模式”。在一般模式下，當(dāng) CAN控制器的接收端收到一個完整的標(biāo)識符時，它將通知接收驗收濾波器。驗收濾波器響應(yīng)這個信號，讀出CAN控制器編號和標(biāo)識符大?。?biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符11位或擴展標(biāo)識符29位）；然后搜索LUT，查找匹配的標(biāo)識符。如果找到匹配的標(biāo)識符，則通知CAN控制器將接收的報文放入CAN控制器接收緩沖中；否則，放棄接收到的這一幀信息。其工作流程如圖1所示。

如果使能FullCAN模式，且CAN控制器報告產(chǎn)生的是一個標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符，則驗收過濾器首先查詢FullCAN標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表，然后在FullCAN模式下處理接收。如果在FullCAN標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表中沒有找到匹配的ID，則依次查找下一個存在的表格，直到找到匹配者或查找表結(jié)束。一旦發(fā)現(xiàn)匹配的ID，就將接收到的報文放入特定的報文緩沖中而不是CAN控制器接收緩沖中，這個特定的緩沖位于驗收濾波器的RAM中，而且是在LUT的最后部分。CPU可以在任何時候讀取接收到的報文。FullCAN模式的接收工作流程如圖2所示。

2、驗收濾波器的驅(qū)動程序開發(fā)

2.1、驗收濾波器寄存器描述

以LPC2292為例說明其驗收濾波器驅(qū)動程序的開發(fā)。在LPC2292中內(nèi)嵌2路CAN控制器，它的驗收濾波器寄存器如表1所列。注意：這里的起始地址是以驗收濾波器RAM的起始地址為基本地址的偏移。如在一般模式下，SFF_sa=O表示獨立標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符的起始地址位于0xE0038000 處。

一個表格的大小由其前后2個表格起始地址寄存器的差值決定。例如，SFF_GRP_sa-SFF_sa為獨立標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符查找表格大小。若其值為0，即SFF_GRP_sa=SFF_sa，則獨立標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符查找表格大小為0，在查找時此表格將被忽略。查找表結(jié)束寄存器ENDofTable代表查找表結(jié)束地址，ENDofTable-EFF_GRP_sa為擴展幀組標(biāo)識符查找表大小。驗收濾波器寄存器AFMR控制其工作模式，具體定義如表2所列。

2.2、查找表中標(biāo)識符格式

①FullCAN的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表和獨立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表。

要注意的是，每個FullCAN的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表和獨立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符表都必須按升序排列，即標(biāo)識符1大于標(biāo)識符O；否則，在AF中將引起表格錯誤而使接收過濾失敗。表格格式如下：

②標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符范圍表。標(biāo)識符上邊界和下邊界（包括上下邊界）之間的ID為允許通過ID。表格格式如下：

③獨立擴展標(biāo)識符表。1個獨立擴展標(biāo)識符占1個字，而且需要按升序排列。表格格式如下：

④擴展標(biāo)識符范圍表。它總是成對出現(xiàn)，占用2個字，因此合法的表格必須以偶數(shù)個字出現(xiàn)，而且必須按升序排列。表格格式如下：

2.3、驗收濾波器驅(qū)動程序的設(shè)計

根據(jù)以上說明，就可以設(shè)計驗收濾波器的驅(qū)動程序了。以LPC2292為例來說明如何設(shè)計驅(qū)動程序。

假定獨立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符有ID0和ID1兩個，依次按升序排列，組標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符范圍為ID2～ID3（ID2www．mesnet．com．cn--編者注）

3、結(jié)論

LPC2000系列ARM微控制器的CAN驗收濾波器能夠有效地屏蔽總線上不允許通過的報文，大大減輕了CPU的負擔(dān)，在以CAN總線為通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用。

二、CAN總線位定時和同步詳解

CAN（Controller Area Network）是有效支持分布式實時控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。從位定時的同步方式考慮，它實質(zhì)上屬于異步通訊協(xié)議，每傳輸一幀，以幀起始位開始，而以幀結(jié)束及隨后的間歇場結(jié)束。這就要求收/發(fā)雙方從幀起始位開始必須保持幀內(nèi)信息代碼中的每一位嚴格的同步。從位定時編碼考慮，它采用的是非歸零編碼方式，位流傳輸不像差分碼那樣可以直接用電平的變化來代表同步信號，因此為保證同步質(zhì)量，CAN協(xié)議定義了自己的位同步方式：硬同步和重同步。

1、位周期的結(jié)構(gòu)

2、同步機制

CAN總線的位同步只有在節(jié)點檢測到“隱性位”（邏輯1）到“顯性位”（邏輯0）的跳變時才會產(chǎn)生，當(dāng)跳變沿不位于位周期的同步段之內(nèi)時將會產(chǎn)生相位誤差。該相位誤差就是跳變沿與同步段結(jié)束位置之間的距離。如果跳變沿發(fā)生在同步段之后采樣點之前為正的相位誤差；如果跳變沿位于同步段之前采樣點之后為負的相位誤差。相位誤差源于節(jié)點的振蕩器漂移，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的傳播延遲以及噪聲干擾等。CAN協(xié)議規(guī)定了兩種類型的同步：硬同步和重同步。

2.1、硬同步

硬同步只在總線空閑時通過一個下降沿（幀起始）來完成，此時不管有沒有相位誤差，所有節(jié)點的位時間重新開始。強迫引起硬同步的跳變沿位于重新開始的位時間的同步段之內(nèi)。

2.2、重同步

在消息幀的隨后位中，每當(dāng)有從“隱性位”到“顯性位”的跳變，并且該跳變落在了同步段之外，就會引起一次重同步。重同步機制可以根據(jù)跳變沿增長或者縮短位時間以調(diào)整采樣點的位置，保證正確采樣。

如圖2，跳變沿落在了同步段之后采樣點之前，為正的相位誤差，接收器會認為這是一個慢速發(fā)送器發(fā)送的滯后邊沿。此時節(jié)點為了匹配發(fā)送器的時間，會增長自己的相位緩沖段1（陰影部分）。增長的時間為相位差的絕對值，但是上限是重同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW。

如圖3，跳變沿落在了采樣點之后同步段之前，為負的相位誤差，接收器把它解釋為一個快速發(fā)送器發(fā)送的下一個位周期的提前邊沿。同樣節(jié)點為了匹配發(fā)送器的時間，會縮短自己的相位緩沖段2（陰影部分），下一個位時間立即開始?？s短的時間也為相位差的絕對值，上限是重同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW。

相位緩沖段只在當(dāng)前位周期內(nèi)被增長或者縮短，接下來的位周期，只要沒有重同步，各段將恢復(fù)為位時間的編程預(yù)設(shè)值。

當(dāng)相位差的絕對值小于或者等于重同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW時，重同步和硬同步的效果是相同的，能實現(xiàn)相位差的補償；但是如果相位差的絕對值比重同步跳轉(zhuǎn)寬度大，由于補償?shù)淖畲笾凳侵赝教D(zhuǎn)寬度，致使重同步不能完全補償相位差。

CAN協(xié)議的位填充機制除實現(xiàn)仲裁場，控制場，數(shù)據(jù)場和CRC序列的數(shù)據(jù)的透明性外，還增加了從“隱性位”到“顯性位”跳變的機會，也就是增多重同步的數(shù)量，提高同步質(zhì)量。在沒有出錯影響的情況下，位填充原則保證了兩次重同步跳轉(zhuǎn)邊沿之間不會多于10個位周期（即5個顯性位，5個隱性位），而實際的系統(tǒng)會有錯誤發(fā)生，使得實際的兩次重同步跳轉(zhuǎn)邊沿之間的間隔可能為17到23個位時間（活動錯誤標(biāo)志及其疊加6到12個位時間，錯誤界定符8個位時間，間歇場3個位時間）。

3、結(jié)論

在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，用戶可以根據(jù)振蕩器時鐘頻率，總線波特率以及總線的最大傳輸距離等因素，對CAN控制器的位定時參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)置，協(xié)調(diào)影響位定時設(shè)置的兩個主要因素：振蕩器容差和最大總線長度，合理安排位周期中采樣點的位置和采樣次數(shù)，保證總線上位流的有效同步的同時，優(yōu)化系統(tǒng)的通訊性能，進一步推進CAN總線的廣泛應(yīng)用。