CAN協(xié)議規(guī)范PPT教學課件

1、什么是CAN ? CAN CAN 全稱為全稱為Controller Area Network Controller Area Network 即控制器局域網(wǎng)，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一；是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一； 最初最初CAN CAN 被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊在車載被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊在車載各電子控制裝置各電子控制裝置ECU ECU 之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)之間交換信息形成汽車電子控制網(wǎng)絡比如發(fā)動機管理系統(tǒng)變速箱控制器儀表裝備電子主干系絡比如發(fā)動機管理系統(tǒng)變速箱控制器儀表裝備電子主干系統(tǒng)中均嵌入統(tǒng)中均嵌入CAN CAN 控制裝置；控

2、制裝置； 一個由一個由CAN CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡中理論上可以掛接無數(shù)總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡中理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如當使用制。例如當使用Philips P82C250 Philips P82C250 作為作為CAN CAN 收發(fā)器時同收發(fā)器時同一網(wǎng)絡中允許掛接一網(wǎng)絡中允許掛接110 110 個節(jié)點；個節(jié)點； CAN CAN 可提供高達可提供高達1Mbit/s 1Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率這使實時控制的數(shù)據(jù)傳輸速率這使實時控制變得非常容易，另外硬件的錯誤檢定特性也增強了變得非常容易，另外硬

3、件的錯誤檢定特性也增強了CAN CAN 的抗電磁干擾能力的抗電磁干擾能力。第1頁/共92頁CAN 是怎樣發(fā)展起來的？ CANCAN最初出現(xiàn)在最初出現(xiàn)在8080年代末的汽車工業(yè)中，由德國年代末的汽車工業(yè)中，由德國BoschBosch公司最先提出。當時，由于消費者對于汽公司最先提出。當時，由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復雜，同時意味著需要更多的連接信號訊越來越復雜，同時意味著需要更多的連接信號線。提出線。提出CANCAN總線的最初動機就是

4、為了解決現(xiàn)代汽總線的最初動機就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是，他們設計了一個單一的網(wǎng)增加的信號線。于是，他們設計了一個單一的網(wǎng)絡總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。絡總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。19931993年，年，CAN CAN 已成為國際標準已成為國際標準ISO11898(ISO11898(高速應高速應用用) )和和ISO11519ISO11519（低速應用）。（低速應用）。 第2頁/共92頁 CANCAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁是一種多

5、主方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km10Km時，時，CAN CAN 仍可仍可提供高達提供高達50Kbit/s50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。的數(shù)據(jù)傳輸速率。 由于由于CANCAN總線具有很高的實時性能，因此，總線具有很高的實時性能，因此，CANCAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。 第3頁/共92頁CAN總線的主要特點 它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以

6、是雙絞線、同軸電纜和光纖，通信距離最遠可達10km（5kb/s），最高速率可達1Mb/s（40m). CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼可由11位或29位二進制數(shù)組成，因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊，讓各節(jié)點通過濾波的方法分別接收指定標識碼的數(shù)據(jù)。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式

7、控制系統(tǒng)中非常有用。第4頁/共92頁CAN總線的特點 數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。在每幀中都有CRC校驗及其它檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。 CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。 網(wǎng)絡上的節(jié)點可以定義成不同的優(yōu)先級，利用接口電路中線與功能，巧妙地實現(xiàn)無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁 網(wǎng)絡上的節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動

8、關(guān)閉總線的功能第5頁/共92頁第6頁/共92頁CAN 是怎樣工作的？ CAN 通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式，CAN 層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI 一致。每一層與另一設備上相同的那一層通訊實際的通訊發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層，而設備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。 CAN 的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。應用層協(xié)議可以由CAN 用戶定義成適合特別工業(yè)領域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領域得到廣泛應用的標準是DeviceNet ，這是為PLC 和智能傳感器設計的；在汽車工業(yè)許多制造商都應用他們自己的標準。第7頁/共92頁CAN的工作原理 當CAN總線上的一個節(jié)點(

9、站)發(fā)送數(shù)據(jù)時,它以報文形式廣播給網(wǎng)絡中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說,無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的,都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符,定義了報文的優(yōu)先級,這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的,不可能有兩個站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時,這種配置十分重要。 CAN總線的報文發(fā)送和接收。當一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時,該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片,并處于準備狀態(tài);當它收到總線分配時, 轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出,這時網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到

10、的報文進行檢測,判斷這些報文是否是發(fā)給自己的,以確定是否接收它。 由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案,因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設備時,數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化,即總線上控制器需要測量數(shù)據(jù)時,可由網(wǎng)上獲得,而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。第8頁/共92頁CAN的一些基本概念 報文 總線上的信息以不同的固定報文格式發(fā)送，但長度受限。當總線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。第9頁/共92頁信息路由 在CAN系統(tǒng)里，節(jié)點不

11、使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的信息（比如站地址）。以下是幾個重要的概念： 系統(tǒng)靈活性：不需要改變?nèi)魏喂?jié)點的應用層及相關(guān)的軟件或硬件，就可以在CAN網(wǎng)絡中直接添加節(jié)點。 報文路由：報文的內(nèi)容由識別符命名。識別符不指出報文的目的地，但解釋數(shù)據(jù)的含義。因此網(wǎng)絡上所有節(jié)點都可以通過報文濾波確定是否應對該數(shù)據(jù)做出反應。 多播：由于引入了報文濾波的概念，任何數(shù)目的節(jié)點都可以接受報文，并同時對此報文做出反應。 數(shù)據(jù)連貫性：在CAN網(wǎng)絡內(nèi)，可以確保報文同時被所有的節(jié)點接受（或同時不接受）。因此系統(tǒng)的連貫性是通過多播和錯誤處理的原理實現(xiàn)的。第10頁/共92頁 報文 總線上的信息以不同的固定報文格式發(fā)送，但長度受限。當總

12、線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。 位速率： 不同的系統(tǒng)，CAN的速度不同?？墒窃谝粋€給定系統(tǒng)中，位速率是唯一的，并且是固定的。 優(yōu)先權(quán)： 在總線訪問期間，識別符定義一個靜態(tài)的報文優(yōu)先權(quán)。第11頁/共92頁 遠程數(shù)據(jù)請求： 通過發(fā)送遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一節(jié)點發(fā)送相應的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應的遠程幀是由相同的標識符命名的。 多主機： 總線空閑時，任何單元都可以開始傳送報文。具有較高優(yōu)先權(quán)報文的單元可以獲得總線訪問權(quán)。第12頁/共92頁 仲裁： 只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲

13、裁就可以解決沖突。仲裁的機制確保信息和時間均不會損失。當具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時初始化時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是“隱性”電平而監(jiān)控到“顯性”電平（見總線值），那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)射狀態(tài)。第13頁/共92頁 安全性：為了獲得最安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，CAN的每一個節(jié)點均采取了很強的措施進行錯誤檢測、錯誤標定及錯誤自檢。第14頁/共92頁 錯誤檢測：為了檢測錯誤，必須采取以下的措施： 監(jiān)視（發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較） 循環(huán)冗余檢查 位填充 報文格式

14、檢查 錯誤檢測的執(zhí)行：錯誤檢測的機制要具有以下的屬性： 檢測到所有的全局錯誤 檢測到發(fā)送器所有的局部錯誤 可以檢測到報文里多達5個的任意分布錯誤 檢測到一個報文長度低于15位的突發(fā)性錯誤 檢測到一個報文里奇數(shù)個的錯誤 對于沒有被檢測到的錯誤報文，其殘余錯誤可能性概率低于報文錯誤率4.710-11。第15頁/共92頁 錯誤標定和恢復時間： 任何檢測到錯誤的節(jié)點會標志出已損壞的報文。此報文會失效并自動開始重新傳輸。如果不再出現(xiàn)新錯誤的話，從檢測到錯誤到下一報文的傳送開始為止，恢復時間最多為29個位的時間。 故障界定： CAN節(jié)點能夠把永久故障和短暫擾動區(qū)分開，永久故障的節(jié)點會被關(guān)閉。 連接： CA

15、N串行通訊鏈路是可以連接許多單元的總線。理論上，可連接無數(shù)多的單元。但由于實際上受延遲時間或總線線路上電氣負載的影響，連接單元的數(shù)量是有限的。第16頁/共92頁 單通道： 總線是由單一進行雙向位信號傳送的通道組成。通過此通道可以獲得數(shù)據(jù)的再同步信息。要使此通道實現(xiàn)通訊，有許多方法可以采用，如使用單芯線（加上接地）、2條差分線、光纜等。這本技術(shù)規(guī)范不限制這些實現(xiàn)方法的使用，即未定義物理層。 總線值： 總線可以具有兩種互補的邏輯值之一：“顯性”位和“隱性”位同時傳送時，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在執(zhí)行總線的“線與”時，邏輯0代表顯性等級，邏輯1代表隱性等級。本技術(shù)規(guī)范不給出這些邏輯電平的物理狀

16、態(tài)（如電壓和光）。 應答： 所有的接收器檢查報文的連貫性。對于連貫的報文，連接器應答；對于不連貫的報文，接收器做出標志。第17頁/共92頁 睡眠模式/喚醒： 為了減少系統(tǒng)電源的功率消耗?？梢詫AN器件設為睡眠模式以便停止內(nèi)部活動及斷開與總線驅(qū)動器的連接。CAN器件可由總線激活，或系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)而被喚醒。喚醒時，雖然傳輸層要等待一段時間使系統(tǒng)振蕩器穩(wěn)定，然后還要等待一段時間直到與總線活動同步（通過檢查11個連續(xù)的隱性的位），但在總線驅(qū)動器被重新設置為“總線在線”之前，內(nèi)部運行已重新開始。為了喚醒系統(tǒng)上正處于睡眠模式的其他節(jié)點，可以使一特殊的喚醒報文，此報文具有專門的、最低等級的識別符。（rrr

17、rrrd rrrr; r=“隱性” d =“顯性”）第18頁/共92頁CAN 具有以下的屬性 報文的優(yōu)先權(quán)報文的優(yōu)先權(quán) 保證延遲時間保證延遲時間 設置靈活設置靈活 時間同步的多點接收時間同步的多點接收 系統(tǒng)寬數(shù)據(jù)的連貫性系統(tǒng)寬數(shù)據(jù)的連貫性 多主機多主機 錯誤檢測和標定錯誤檢測和標定 只要總線一處于空閑就自動將破壞的報文重新傳只要總線一處于空閑就自動將破壞的報文重新傳輸輸 將節(jié)點的暫時性錯誤和永久性錯誤區(qū)分開來并且將節(jié)點的暫時性錯誤和永久性錯誤區(qū)分開來并且可以自動關(guān)閉錯誤的節(jié)點可以自動關(guān)閉錯誤的節(jié)點第19頁/共92頁CANCAN總線的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)總線的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) CAN總線也是建立在ISO參考模型基礎

18、上的，不過只采用了其中最關(guān)鍵的兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層.第20頁/共92頁 物理層的主要內(nèi)容是規(guī)定通信介質(zhì)的機械、電氣、功能和規(guī)程特性 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行包裝，即加上差錯校驗位、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的控制信息、頭尾標記等附加信息組成數(shù)據(jù)幀，從物理信道上發(fā)送出去，在接收道數(shù)據(jù)幀后，再把附加信息去掉，得到通信數(shù)據(jù) 媒體訪問控制子層MAC：傳輸規(guī)則 邏輯控制子層LLC：報文的濾波和報文的處理 CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能在CAN控制器中完成第21頁/共92頁CAN-bus 規(guī)范 CAN-bus CAN-bus 規(guī)范（規(guī)范（ Version 2.0 Version 2.0 ）

19、CAN2.0A CAN2.0A ：CANCAN標準報文格式標準報文格式 CAN2.0B CAN2.0B ：CANCAN標準報文格式和擴展報文格式標準報文格式和擴展報文格式 CAN-bus CAN-bus 技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范的目的技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范的目的 定義數(shù)據(jù)鏈路層定義數(shù)據(jù)鏈路層 定義定義CANCAN協(xié)議在周圍各層中所發(fā)揮的作用協(xié)議在周圍各層中所發(fā)揮的作用第22頁/共92頁幀格式 二種不同的二種不同的CANCAN幀幀CANCAN規(guī)范規(guī)范2.0B2.0B中引入第二種報文格式中引入第二種報文格式標準幀和擴展幀標準幀和擴展幀 具有具有1111位標識符的位標識符的CANCAN幀稱為：標準幀幀稱為：標準幀

20、 具有具有2929位標識符的位標識符的CANCAN幀稱為：擴展幀幀稱為：擴展幀 規(guī)定規(guī)定CAN CAN 控制器必須有一個控制器必須有一個11 11 位的標志符，同位的標志符，同時在時在2.0B 2.0B 版本中規(guī)定版本中規(guī)定CAN CAN 控制器的標志符長度控制器的標志符長度可以是可以是11 11 位或位或29 29 位。遵循位。遵循CAN2.0B CAN2.0B 協(xié)議的協(xié)議的CAN CAN 控制器可以發(fā)送和接收控制器可以發(fā)送和接收11 11 位標識符的標準格式報位標識符的標準格式報文或文或29 29 位標識符的擴展格式報文。如果禁止位標識符的擴展格式報文。如果禁止CAN2.0BCAN2.0B

21、，則，則CAN CAN 控制器只能發(fā)送和接收控制器只能發(fā)送和接收11 11 位標位標識符的標準格式報文，而忽略擴展格式的報文結(jié)識符的標準格式報文，而忽略擴展格式的報文結(jié)構(gòu)但不會出現(xiàn)錯誤構(gòu)但不會出現(xiàn)錯誤第23頁/共92頁幀類型 報文傳輸由以下4個不同的幀類型所表示和控制： 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。 遠程幀遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。 錯誤幀錯誤幀：任何單元檢測到一總線錯誤就發(fā)送錯誤幀。 過載幀過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一個附加的延時。數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）通過幀間空間與前述各幀分開。第24頁/共92頁1 1、數(shù)、

22、數(shù) 據(jù)據(jù) 幀幀數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成： 幀起始 仲裁場 控制場 數(shù)據(jù)場 CRC場 應答場 幀結(jié)尾數(shù)據(jù)場的長度可以為0。第25頁/共92頁第26頁/共92頁第27頁/共92頁第28頁/共92頁數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)第29頁/共92頁擴展幀格式 標準幀格式：具有標準幀格式：具有1111位標識符位標識符 擴展幀格式：具有擴展幀格式：具有2929位標識符位標識符 兩種幀格式的區(qū)別通過兩種幀格式的區(qū)別通過“控制場控制場”（ControlControl Field Field ）中的）中的“識別符擴展識別符擴展”位（位（IDE bitIDE bit）來實現(xiàn)）來實現(xiàn) 兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線上兩種幀格式可出現(xiàn)在同

23、一總線上第30頁/共92頁擴展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)第31頁/共92頁幀 起 始 它標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。 只在總線空閑（參見“總線空閑”）時，才允許站開始發(fā)送信號。所有的站必須同步于首先開始發(fā)送信息的站的幀起始前沿（參見“硬同步”）。第32頁/共92頁仲 裁 場 標準格式幀與擴展格式幀的仲裁場格式不同標準格式幀與擴展格式幀的仲裁場格式不同- - 標準格式里仲裁場由標準格式里仲裁場由11 11 位識別符和位識別符和RTR RTR 位組成識別符位由位組成識別符位由ID-28ID-28ID-18ID-18- - 擴展格式里仲裁場包括擴展格式里仲裁場包括29 29 位識別符位識別

24、符SRR SRR 位位IDE IDE 位位RTR RTR 位其識別符由位其識別符由ID-28. ID-0ID-28. ID-0 為了區(qū)別標準格式和擴展格式前版本為了區(qū)別標準格式和擴展格式前版本CAN CAN 規(guī)范規(guī)范1.0-1.2 1.0-1.2 的保留位的保留位r1 r1 現(xiàn)表示為現(xiàn)表示為IDE BitIDE Bit第33頁/共92頁第34頁/共92頁第35頁/共92頁識別符 識別符標準格式 識別符的長度為11 位，相當于擴展格式的基本ID （Base ID）。 這些位按ID-28 到ID-18 的順序發(fā)送。最低位是ID-18，7 個最高位（ID-28 - ID-22 ）必須不能全是隱性。

25、識別符擴展格式 和標準格式形成對比擴展格式，由29 位組成。其格式包含兩個部分：11 位基本ID、 18 位擴展ID。 基本ID ：基本ID 包括11 位。它按ID-28 到ID-18 的順序發(fā)送。它相當于標準識別符的格式。基本ID定義擴展幀的基本優(yōu)先權(quán) 擴展ID ：擴展ID 包括18 位。它按ID-17 到ID-0 順序發(fā)送。第36頁/共92頁 RTR RTR 位（標準格式以及擴展格式）位（標準格式以及擴展格式）RTR RTR 的全稱為遠程發(fā)送請求位（的全稱為遠程發(fā)送請求位（Remote Transmission Request BITRemote Transmission Request

26、BIT）RTR RTR 位在數(shù)據(jù)幀里必須為位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性顯性”，而在遠程幀里必須為，而在遠程幀里必須為“隱性隱性”。第37頁/共92頁 擴展格式里，基本擴展格式里，基本ID ID 首先發(fā)送，其次是首先發(fā)送，其次是IDE IDE 位和位和SRR SRR 位。擴展位。擴展ID ID 的發(fā)送位于的發(fā)送位于SRR SRR 位之后。位之后。 SRR SRR 位（擴展格式）位（擴展格式） SRR SRR 的全稱是的全稱是“替代遠程請求位替代遠程請求位”（Substitute Remote Request BITSubstitute Remote Request BIT） SRR SRR 是一隱性

27、位。它在擴展格式的標準幀是一隱性位。它在擴展格式的標準幀RTR RTR 位位置，因此代替標準幀的位位置，因此代替標準幀的RTR RTR 位。位。 因此，標準幀與擴展幀的沖突是通過標準幀優(yōu)先于擴展幀這一途徑得以解決的，擴因此，標準幀與擴展幀的沖突是通過標準幀優(yōu)先于擴展幀這一途徑得以解決的，擴展幀的基本展幀的基本ID ID 如同標準幀的識別符。如同標準幀的識別符。第38頁/共92頁 IDE IDE 位（擴展格式）位（擴展格式） IDE IDE 的全稱是的全稱是“識別符擴展位識別符擴展位”（Identifier Extension BitIdentifier Extension Bit） IDE I

28、DE 位屬于位屬于 擴展格式的仲裁場擴展格式的仲裁場 標準格式的控制場標準格式的控制場 標準格式里的標準格式里的IDE IDE 位為位為“顯性顯性”，而擴展格式里的，而擴展格式里的IDE IDE 位為位為“隱性隱性”。第39頁/共92頁控制場（標準格式以及擴展格式） 控制場由控制場由6 6 個位組成。標準格式的控制場格式和擴展格式的不同，標準格式里的幀個位組成。標準格式的控制場格式和擴展格式的不同，標準格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼、包括數(shù)據(jù)長度代碼、IDE IDE 位（為顯性位）及保留位位（為顯性位）及保留位r0 r0 。擴展格式里的幀包括數(shù)據(jù)。擴展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位：長度代

29、碼和兩個保留位：r1 r1 和和r0r0，其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認可，其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認可“顯性顯性”和和“隱性隱性”位的組合。位的組合。第40頁/共92頁第41頁/共92頁數(shù)據(jù)長度代碼（標準格式以及擴展格式） 數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場里的字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼為4 個位，它在控制場里發(fā)送。 數(shù)據(jù)長度代碼中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)的編碼 縮寫： d 顯性；r 隱性第42頁/共92頁數(shù)據(jù)幀允許的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)0,1,.,7,8其他的數(shù)值不允許使用第43頁/共92頁數(shù) 據(jù) 場（標準格式以及擴展格式） 數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為08個字節(jié)，每個字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送MS

30、B。第44頁/共92頁CRC 場（標準格式以及擴展格式） CRC 場包括CRC 序列CRC SEQUENCE， 其后是CRC 界定符CRC DELIMITER。第45頁/共92頁第46頁/共92頁應 答 場（標準格式以及擴展格式） 應答場長度為2個位，包含應答間隙的應答界定符。在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個隱性位。當接收器正確地接受到有效的報文，接收器就會在應答間隙期間向發(fā)送器發(fā)送一顯性的位以示應答。 應答間隙：所有接受到匹配CRC序列的站會在應答間隙期間用一個顯性的位寫入發(fā)送器的隱性位來做出回答。 ACK界定符：ACK界定符是ACK場的第二個位，并且是一個必須為隱性的位。因此，應答間隙被兩個隱性

31、的位所包圍，也就是CRC界定符和ACK界定符第47頁/共92頁第48頁/共92頁幀 結(jié) 尾（標準格式以及擴展格式） 每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一個標志序列界定。這個標志序列由7個隱性位組成。第49頁/共92頁2 2、遠、遠 程程 幀幀 通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站通過其資源節(jié)點對不同的數(shù)據(jù)傳送進行初始化設置。 遠程幀由6個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應答場、幀結(jié)尾。 與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的RTR位是隱性的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的（可以標注為容許范圍里08的任何數(shù)值）。此數(shù)值是相應于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。 RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是一數(shù)據(jù)幀

32、（RTR位“顯性”）還是一遠程幀（RTR位“隱性”）。第50頁/共92頁第51頁/共92頁3 3、錯、錯 誤誤 幀幀 錯誤幀由兩個不同的場組成。第一個場用作為不同站提供的錯誤標志的疊加。第二個場是錯誤界定符。 為了能正確地中止錯誤幀，一個“錯誤被動”的節(jié)點要求總線至少有長度為3個位時間的總線空閑（如果“錯誤被動”的接收器有本地錯誤的話）。因此，總線的載荷不應為100。第52頁/共92頁第53頁/共92頁 錯誤標志錯誤標志 有兩種形式的錯誤標志：主動錯誤標志和被動錯誤標志。主動錯誤標志由6個連續(xù)的“顯性”位組成。被動錯誤標志由6個連續(xù)的“隱性”的位組成，除非被其他節(jié)點的“顯性”位重寫。第54頁/

33、共92頁 檢測到錯誤條件的“錯誤主動”的站通過發(fā)送主動錯誤標志，以指示錯誤。錯誤標志的形式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)則（參見“編碼”），或者破壞了應答場或幀末尾場的固定形式。所有其他的站由此檢測到錯誤條件并與此同時開始發(fā)送錯誤標志。因此?！帮@性”位（此“顯性”位可以在總線上監(jiān)視）的序列導致一個結(jié)果，這個結(jié)果就是把各個單獨站發(fā)送的不同的錯誤標志疊加在一起。這個順序的總長度最小為6個位，最大為12個位。 檢測到錯誤條件的“被動錯誤”的站試圖通過發(fā)送被動錯誤標志以示錯誤。“錯誤被動”的站等待6個相同極性的連續(xù)位（這6個位處于被動錯誤標志的開始）。當這6個相同的位被檢測到時，被動錯誤標志的

34、發(fā)送就完成了。第55頁/共92頁 錯誤界定符包括8個“隱性”的位。 錯誤標志傳送了以后，每一站就發(fā)送“隱性”的位并一直監(jiān)視總線直到檢測出一個“隱性”的位為止。然后就開始發(fā)送7位以上的“隱性”位。第56頁/共92頁4 4、過、過 載載 幀幀 過載幀包括兩個位場：過載標志和過載界定符。 有三種過載條件都會導致過載標志的傳送：（1）接收器的內(nèi)部條件（此接收器對于下一數(shù)據(jù)幀或遠程幀需要有一延時）（2）間歇場期間檢測到一“顯性”位（3）如果CAN 節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8 位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀（不是錯誤幀）錯誤計數(shù)器不會增加。第57頁/共92頁 由過載條件1而引

35、發(fā)的過載幀只允許起始于所期望的間歇場的第一個位時間開始。而由過載條件2和3引起的過載幀應起始于所檢測到“顯性”位之后的位。 通常為了延時下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀兩種過載幀均可產(chǎn)生第58頁/共92頁 過載標志過載標志 過載標志由6個顯性的位組成。過載標志的所有形式和主動錯誤標志一樣。 過載標志的形式破壞了間歇場的固定形式。因此，所有其他的站都檢測到一個過載條件并與此同時發(fā)出過載標志。（萬一有的節(jié)點在間歇的第三個位期間于本地檢測到“顯性”位，則其他的節(jié)點將不能正確地解釋過載標志，而是將這6個“顯性”位中的第一個位解釋為幀的起始。這第六個“顯性”的位破壞了產(chǎn)生錯誤條件的位填充的規(guī)則）。 過載界定符過載界

36、定符 過載界定符包括8個隱性的位。 過載界定符的形式和錯誤界定符一樣。過載標志被傳送后，站就一直監(jiān)視總線直到檢測到一個從“顯性”位到“隱性”位的發(fā)送（過渡形式）。此時，總線上的每一個站完成了過載標志的發(fā)送，并開始同時發(fā)送7個以上的“隱性”位。第59頁/共92頁幀間空間 數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）與其前面幀的隔離是通過幀間空間實現(xiàn)的，無論其前面的幀為何類型（數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀）。有所不同的是過載幀與錯誤幀之前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。 幀間空間包括間歇場、總線空閑位場。如果“錯誤被動”的站已作為前一報文的發(fā)送器時，則其幀空間除了間歇、總線空閑外，還包括稱作掛起傳送的

37、位場。第60頁/共92頁對于已作為前一報文發(fā)送器的“錯誤被動”的站，則其幀間空間如下圖所示：第61頁/共92頁對于已作為前一報文發(fā)送器的“錯誤主動”的站，則其幀間空間如下圖所示：第62頁/共92頁間歇 間歇包括三個“隱性”的位。 間歇期間，所有的站均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠程幀，唯一要做的就是提示一個過載條件。備注： 如果CAN 節(jié)點有一報文等待發(fā)送并且節(jié)點在間歇的第三位采集到一顯性位，則此位被解釋為幀的起始位，并從下一個位開始發(fā)送報文的識別符首位，而不用首先發(fā)送幀的起始位或成為一接收器。第63頁/共92頁總線空閑 總線空閑的時間長度是任意的。只要總線被認定為空閑，任何等待發(fā)送信息的站就會訪問總線

38、。在發(fā)送其他信息期間，有報文被掛起，對于這樣的報文，其傳送起始于間歇之后的第一位。 總線上檢測到的“顯性”的位可被解釋為幀的起始。第64頁/共92頁掛起傳送 “錯誤被動”的站發(fā)送報文后，站就在下一報文開始傳遞之前或總線空閑之前發(fā)出8個“隱性”的位跟隨在間歇的后面。如果與此同時另一個站開始發(fā)送報文（有另一站引起），則此站就作為這個報文的接收器。第65頁/共92頁關(guān)于幀格式的符合性 標準格式相當于在CAN1.2 規(guī)范中描述的數(shù)據(jù)/遠程幀，而擴展格式是CAN 協(xié)議的一新特色。為了使控制器的設計相對地簡單，不要求擴展格式的儀器達到它的滿擴展（比如在擴展格式里發(fā)送報文或接收來自于報文的數(shù)據(jù)）。 但是，儀

39、器必須無條件地支持標準格式。 如果新的控制器至少具有以下屬性（這些屬性與3.1 和3.2 定義的幀格式有關(guān)），則被認為是符合CAN規(guī)范 ： 每一新的控制器支持標準格式 每一新的控制器可以接收擴展格式的報文。這需要擴展格式不因其格式而被破壞?？墒牵灰笮碌目刂破鞣堑弥С謹U展格式。第66頁/共92頁發(fā)送器/接收器定義 發(fā)送器發(fā)送器 產(chǎn)生報文的單元被稱之為報文的發(fā)送器。此單元保持作為報文發(fā)送器直到總線出現(xiàn)空閑或此單元失去仲裁為止。 接收器接收器 如果有一個單元不作為報文的發(fā)送器并且總線也不空閑，則這個單元就被成為報文的接收器。第67頁/共92頁報文濾波 報文濾波取決于整個識別符。允許在報文濾波中將

40、任何的識別符位設置為“不考慮”的可選屏蔽寄存器，可以選擇多組的識別符，使之被映射到隸屬的接收緩沖器里。 如果使用屏蔽寄存器，它的每一個位必須是可編程的，即他們能夠被允許或禁止報文濾波。屏蔽寄存器的長度可以包含整個識別符，也可以包含部分的識別符。第68頁/共92頁報文校驗 校驗報文是否有效的時間點，發(fā)送器與接收器各不相同。發(fā)送器發(fā)送器： 如果直到幀的末尾位均沒有錯誤，則此報文對發(fā)送器有效。如果報文破壞，則報文會根據(jù)優(yōu)先權(quán)自動重發(fā)。為了能夠和其他信息競爭總線，重新傳輸必須在總線空閑時啟動。接收器接收器： 如果直到最后的位（除了幀末尾位）均沒有錯誤，則報文對于接收器有效。幀末尾最后的位被置于“不重要

41、”狀態(tài)，如果是一個“顯性”電平也不會引起格式錯誤。第69頁/共92頁編碼 位流編碼： 幀的部分，例如幀起始、仲裁場、控制場、控制場以及CRC序列，均通過位填充的方法編碼。無論何時，發(fā)送器只要檢測到位流里有5個連續(xù)識別的位，便自動在位流里插入一補碼位。 數(shù)據(jù)幀或遠程幀（CRC界定符、應答場和幀末尾）的剩余場形式相同，不填充。錯誤幀和過載幀的形式也相同，但并不通過位填充的發(fā)放進行編碼。 其報文里的位流根據(jù)“不返回零”（NRZ）之方法來編碼。這就是說，在整個位時間里，位電平要么為“顯性”，要么為“隱性”。第70頁/共92頁第71頁/共92頁 錯誤類型有以下五種：（這五種錯誤不會相互排斥）錯誤類型有以

42、下五種：（這五種錯誤不會相互排斥） 位錯誤：站單元在發(fā)送位的同時也對總線進行監(jiān)視。如果位錯誤：站單元在發(fā)送位的同時也對總線進行監(jiān)視。如果發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位置不相符，則在此位時間里檢測發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位置不相符，則在此位時間里檢測到一個位錯誤。但是在仲裁場的填充位流期間或到一個位錯誤。但是在仲裁場的填充位流期間或ACKACK間隙間隙發(fā)送一發(fā)送一“隱性隱性”位的情況是例外的位的情況是例外的此時，當監(jiān)視到一此時，當監(jiān)視到一“顯性顯性”位時，不會發(fā)出位錯誤。當發(fā)送器發(fā)送一個被動位時，不會發(fā)出位錯誤。當發(fā)送器發(fā)送一個被動錯誤標志但檢測到錯誤標志但檢測到“顯性顯性”位時，也不視為位錯誤。位時，也不

43、視為位錯誤。 填充錯誤：如果在使用位填充法進行編碼的信息中，出現(xiàn)填充錯誤：如果在使用位填充法進行編碼的信息中，出現(xiàn)了第了第6 6個連續(xù)相同的位電平時，將檢測到一個填充錯誤。個連續(xù)相同的位電平時，將檢測到一個填充錯誤。 CRCCRC錯誤：錯誤：CRCCRC序列包括發(fā)送器的序列包括發(fā)送器的CRCCRC計算結(jié)果。接收器計計算結(jié)果。接收器計算算CRCCRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到的的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到的CRCCRC序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個CRCCRC錯誤。錯誤。 形式錯誤：當一個固定形式的場含有形式錯誤：當一個固定形式的場含有1

44、1個或多個非法位，個或多個非法位，則檢測到一個形式錯誤。則檢測到一個形式錯誤。 應答錯誤：只要在應答錯誤：只要在ACKACK間隙期間所監(jiān)視的位不為間隙期間所監(jiān)視的位不為“顯性顯性”，則發(fā)送器會檢測到一個應答錯誤。則發(fā)送器會檢測到一個應答錯誤。錯誤處理第72頁/共92頁錯誤標定 檢測到錯誤條件的站通過發(fā)送錯誤標志指示錯誤。對于“錯誤主動”的節(jié)點，錯誤信息為“主動錯誤標志”。對于“錯誤被動”的節(jié)點，錯誤信息為“被動錯誤標志”。站檢測到無論是位無論是位錯誤、填充錯誤、形式錯誤，還是應答錯誤，這個站會在下一位時發(fā)出錯誤標志信息。 只要檢測到的錯誤的條件是CRC錯誤，錯誤標志的發(fā)送開始于ACK界定符之后

45、的位（其他的錯誤條件除外）。第73頁/共92頁第74頁/共92頁第75頁/共92頁故障界定至于故障界定，單元的狀態(tài)可能為以下三種： 錯誤主動 錯誤被動 總線關(guān)閉 “錯誤主動”的單元可以正常的參與總線通訊并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標志。 “錯誤被動”的單元不允許發(fā)送主動錯誤標志。“錯誤被動”的單元參與總線通訊而且在錯誤被檢測到時只發(fā)出被動的錯誤標志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動”單元將在預設下一個發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。（見“掛起發(fā)送”） “總線關(guān)閉”的單元不允許在總線上有任何的影響（如關(guān)閉輸出驅(qū)動器）第76頁/共92頁在每一總線單元里實現(xiàn)兩種計數(shù)以便故障界定： 發(fā)送錯誤計數(shù) 接受錯誤計數(shù) 這些

46、計數(shù)按以下規(guī)則改變（注意：在給定的報文發(fā)送期間，可能要用到的規(guī)則不止一個）： 1. 當接收器檢測到一個錯誤，接收錯誤計數(shù)就加1。在發(fā)送主動錯誤標志或過載標志期間所檢測到的錯誤為位錯誤時，接收錯誤計數(shù)器值不加1。 2. 當錯誤標志發(fā)送以后，接收器檢測到的第一位為“顯性”時，接收錯誤計數(shù)值加8。第77頁/共92頁 3 當發(fā)送器發(fā)送一錯誤標志時，發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8。 例外情況1： 發(fā)送器為錯誤被動，并檢測到一應答錯誤（注：此應答錯誤由檢測不到一“顯性”應答以及當發(fā)送被動錯誤標志時檢測不到一“顯性”位而引起）。 例外情況2： 發(fā)送器因為填充錯誤而發(fā)送錯誤標志（注：此填充錯誤發(fā)生于仲裁期間，引起填充錯

47、誤是由于：填充位位于RTR位之前，并已作為“隱性”發(fā)送，但是卻被監(jiān)視成“顯性”）。例外情況1和2時，發(fā)送錯誤計數(shù)器值不改變。 4 發(fā)送主動錯誤標志或過載標志時，如果發(fā)送器檢測到位錯誤，則發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8。第78頁/共92頁 5當發(fā)送主動錯誤標志或過載標志時，如果接收器檢測到位錯誤，則接收錯誤計數(shù)器值加8。 6在發(fā)送主動錯誤標志、被動錯誤標志或過載標志以后，任何節(jié)點最多容許7個連續(xù)的“顯性”位。以下的情況，每一發(fā)送器將它們的發(fā)送錯誤計數(shù)值加8，及每一接收器的接收錯誤計數(shù)值加8： 當檢測到第14個連續(xù)的“顯性”位后； 在檢測到第8個跟隨著被動錯誤標志的連續(xù)的顯性位以后； 在每一附加的8個連續(xù)“

48、顯性”位順序之后。 7報文成功傳送后（得到應答及直到幀末尾結(jié)束沒有錯誤），發(fā)送錯誤計數(shù)值減1，除非已經(jīng)是0。第79頁/共92頁 8如果接收錯誤計數(shù)值介于1和127之間，在成功地接收到報文之后（直到ACK間隙接收沒有錯誤，及成功地發(fā)送了應答位），接收錯誤計數(shù)值減1。如果接受計數(shù)器值是0，則它保持0，如果大于127，則它會設一值介于119和127之間。 9當發(fā)送錯誤計數(shù)器值大于或等于128時，或當接收錯誤計數(shù)器值等于或超過128時，節(jié)點為“錯誤被動”。讓節(jié)點成為“錯誤被動”的錯誤條件致使節(jié)點發(fā)出主動錯誤標志。 10發(fā)送錯誤計數(shù)器值大于或等于256時，節(jié)點為“總線關(guān)閉”。 11發(fā)送錯誤計數(shù)器值和接收

49、錯誤計數(shù)器值都小于或等于127時，“錯誤被動”的節(jié)點重新變?yōu)椤板e誤主動”。第80頁/共92頁 12在總線監(jiān)視到128次出現(xiàn)11個連續(xù)“隱性”位之后，“總線關(guān)閉”的節(jié)點可以變成“錯誤主動”（不再是“總線關(guān)閉”）。它的錯誤計數(shù)值也被設置為0。 備注：一個大約大于96的錯誤計數(shù)值顯示總線被嚴重干擾。最好能夠采取措施測試這個條件。 備注：啟動/睡眠：如果啟動期間內(nèi)只有一個節(jié)點在線，以及如果這個節(jié)點發(fā)送一些報文，則將不會有應答，如此檢測到錯誤并重復報文。由于此原因，節(jié)點會變?yōu)椤板e誤被動”，而不是“總線關(guān)閉”。第81頁/共92頁第82頁/共92頁位定時要求 標稱位速率標稱位速率： 標稱位速率為一理想的發(fā)送

50、器在沒有重新同步的情況下每秒發(fā)送的位數(shù)量。 標稱位時間標稱位時間： 標稱位時間1/標稱位速率 可以把標稱位時間劃分成幾個不重疊時間的片斷，它們是：同步段/傳播時間段/相位緩沖段1/相位緩沖段2第83頁/共92頁同步段同步段：位時間的同步段用于總線上的不同節(jié)點。這一段內(nèi)容要有一個跳變沿。傳播段傳播段：傳播段用于補償網(wǎng)絡內(nèi)的物理延時時間。它是總線上輸入比較延時和輸出驅(qū)動器延時總和的兩倍。相位緩沖段相位緩沖段1 1、相位緩沖段、相位緩沖段2 2：相位緩沖段用于補償邊沿階段的錯誤。這兩個段可以通過重新同步加長或縮短。第84頁/共92頁采樣點采樣點：采樣點是讀總線電平并解釋各位的值的一個時間點。采集點位于相位緩沖段1之后。信息處理時間信息處理時間：信息處理時間是一個以采樣點作為起始的時間段。采集點用于計算后續(xù)位的