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1、.CAN總線Kvaser Leaf Light產(chǎn)品說明書本文由廣州智維電子科技有限公司收集整理,如果有什么疑問請(qǐng)聯(lián)系我們: 網(wǎng)址: 電話020-38744187 傳真-mail:銷售 sales 一般信息和技術(shù)支持 support地址:廣州市天河區(qū)五山華南理工大學(xué)國家科技園 2 號(hào)樓 205-206室 郵編:510640CAN總線基本概念CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中,出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子
2、控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同,由多條總線構(gòu)成的情況很多,線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN,進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要,1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后,CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 現(xiàn)在,CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同,并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?,F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠
3、的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 Kvaser Leaf Light是一個(gè)用于CAN的單通道USB接口。它能夠很容易地把幾個(gè)接口連接到標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)。主要特點(diǎn)CAN訊息打上具有100微秒精度的時(shí)間-印記 。 處理高達(dá)8000個(gè)訊息每秒。 支持11-bit (CAN 2.0A)和29-bit (CAN 2.0B active)標(biāo)示符。 支持?jǐn)?shù)據(jù)和遠(yuǎn)程幀。 探測錯(cuò)誤幀。 非常好的EMC性能。 裝備一個(gè)110 cm (44 in.)長的USB線纜和一個(gè)30 cm (12 in.)長的CAN線纜。 用9-針D-SUB連接器接入CAN總線。 專為USB 2.0而設(shè)計(jì),向后兼容 USB 1.1。 低電源消
4、耗。 快速和容易的一插即用安裝。 100%兼容用KVASER CANlib為Kvaser所有硬件而編寫的應(yīng)用程序。 實(shí)際上無限數(shù)量的Kvaser Leaf可以經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)的USB hub連接到單個(gè)PC機(jī)上,實(shí)現(xiàn)同步使用。 軟件和文檔產(chǎn)品類型一個(gè)通道USB-到-總線接口用于高速CAN (ISO 11898-2)。處理bit速率從5 kbits/s達(dá)到1 Mbits/s。Kvaser Leaf Light HS (Item No. 00241-8 DSUB 接口,不含電隔離功能)Kvaser Leaf Light HS (Item No. 00402-3 OBD2 接口,不含電隔離功能)Kvaser
5、Leaf Light HS (Item No. 00411-5 DSUB 接口,含電隔離功能)Kvaser 立富 L (Item No. 00435-1功能同Kvaser Leaf Light HS)應(yīng)用支持: ATI ApolloATI CANlabATI VisionFicosa CANicaKvaser CanKingNational Instruments DIAdemNational Instruments LabViewVAT 2000Warwick X-AnalyserXtm 軟件平臺(tái): Windows XP/2000/2003Windows 98/MELinux (in pro
6、gress) 主要特點(diǎn)CAN訊息打上具有100微秒精度的時(shí)間-印記 。 處理高達(dá)8000個(gè)訊息每秒。 支持11-bit (CAN 2.0A)和29-bit (CAN 2.0B active)標(biāo)示符。 支持?jǐn)?shù)據(jù)和遠(yuǎn)程幀。 探測錯(cuò)誤幀。 非常好的EMC性能。 裝備一個(gè)110 cm (44 in.)長的USB線纜和一個(gè)30 cm (12 in.)長的CAN線纜。 用9-針D-SUB連接器接入CAN總線。 專為USB 2.0而設(shè)計(jì),向后兼容 USB 1.1。 低電源消耗。 快速和容易的一插即用安裝。 100%兼容用KVASER CANlib為Kvaser所有硬件而編寫的應(yīng)用程序。 實(shí)際上無限數(shù)量的Kv
7、aser Leaf可以經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)的USB hub連接到單個(gè)PC機(jī)上,實(shí)現(xiàn)同步使用。 產(chǎn)品類型一個(gè)通道USB-到-總線接口用于高速CAN (ISO 11898-2)。處理bit速率從5 kbits/s達(dá)到1 Mbits/s。Kvaser Leaf Light HS (Item No. 00241-8 DSUB 接口,不含電隔離功能)Kvaser Leaf Light HS (Item No. 00402-3 OBD2 接口,不含電隔離功能)Kvaser Leaf Light HS (Item No. 00411-5 DSUB 接口,含電隔離功能)Kvaser 立富 L (Item No. 0043
8、5-1功能同Kvaser Leaf Light HS)應(yīng)用支持: ATI ApolloATI CANlabATI VisionFicosa CANicaKvaser CanKingNational Instruments DIAdemNational Instruments LabViewVAT 2000Warwick X-AnalyserXtm 軟件平臺(tái): Windows XP/2000/2003Windows 98/MELinux (in progress) CAN總線基本概念CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)
9、議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中,出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同,由多條總線構(gòu)成的情況很多,線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN,進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要,1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后,CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 現(xiàn)在,CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同,并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?,F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的
10、熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 CAN總線優(yōu)勢CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性: 網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)首先,CAN控制器工作于多種方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù),且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)
11、,這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng),并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差; 縮短了開發(fā)周期CAN總線通過CAN收發(fā)器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線相連,而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)在出現(xiàn)在RS-485網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象,即當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤,出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路,從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能,以使
12、總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響,從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中,因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題,使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。而且,CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn),從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度,縮短了開發(fā)周期,這些是僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。 已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線另外,與其它現(xiàn)場總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場競爭力的重要原因。 最有前途的現(xiàn)場總線之一CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò),屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具
13、有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的,世界上一些著名的汽車制造廠商,如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、PORSCHE(保時(shí)捷)、ROLLS-ROYCE(勞斯萊斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí),由于CAN總線本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè),而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其
14、典型的應(yīng)用協(xié)議有:SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。 產(chǎn)生與發(fā)展控制器局部網(wǎng)(CANCONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng),由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門??刂破骶植烤W(wǎng)將在中國迅速普及推廣。 隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支,并取得了巨大進(jìn)步。由于對(duì)系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求,工
15、業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為:控制面向多元化,系統(tǒng)面向分散化,即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。 分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心,將 5C技術(shù)-COMPUTER(計(jì)算機(jī)技術(shù))、CONTROL(自動(dòng)控制技術(shù))、COMMUNICATION(通信技術(shù))、CRT(顯示技術(shù))和 CHANGE(轉(zhuǎn)換技術(shù))緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面,較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。 典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線(FIELDBUS)能同時(shí)滿足過程控制和制造業(yè)自
16、動(dòng)化的需要,因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對(duì)現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)準(zhǔn),但現(xiàn)場總線的高性能價(jià)格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時(shí),正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮,并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù)??刂破骶植烤W(wǎng) CAN(CONTROLLER AERANETWORK)正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。 由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣,導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此,1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN
17、技術(shù)規(guī)范(VERSION 2.0)。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式,能提供11位地址;而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式,提供29位地址。此后,1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具-數(shù)字信息交換-高速通信控制器局部網(wǎng)(CAN)國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898),為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。 CAN總線特點(diǎn)CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,它是一種多主總線,通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBP
18、S。 完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理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(duì)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(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。 使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制,數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成,因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊,這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù),這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié),可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試
19、數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí),8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長,從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì),特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連,因此,越來越受到工業(yè)界的重視,并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu),具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次,因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證,技術(shù)比較成熟,控制的芯片已經(jīng)商品化,性價(jià)比高,
20、特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上,方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)簡單只有2根線與外部相連,并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測和管理模塊。 CAN總線技術(shù)介紹位仲裁要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,就必須將數(shù)據(jù)快速傳送,這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),要求快速地進(jìn)行總線分配。實(shí)時(shí)處理通過網(wǎng)絡(luò)交換的緊急數(shù)據(jù)有較大的不同。一個(gè)快速變化的物理量,如汽車引擎負(fù)載,將比類似汽車引擎溫度這樣相對(duì)變化較慢的物理量更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時(shí)。 CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,報(bào)文的優(yōu)先級(jí)結(jié)合在11位標(biāo)識(shí)符中,具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)符
21、有最高的優(yōu)先級(jí)。這種優(yōu)先級(jí)一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)被確立后就不能再被更改??偩€讀取中的沖突可通過位仲裁解決。如圖2所示,當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)發(fā)送報(bào)文時(shí),站1的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為011111;站2的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為0100110;站3的報(bào)文標(biāo)識(shí)符為0100111。所有標(biāo)識(shí)符都有相同的兩位01,直到第3位進(jìn)行比較時(shí),站1的報(bào)文被丟掉,因?yàn)樗牡?位為高,而其它兩個(gè)站的報(bào)文第3位為低。站2和站3報(bào)文的4、5、6位相同,直到第7位時(shí),站3的報(bào)文才被丟失。注意,總線中的信號(hào)持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權(quán)的站的報(bào)文。在此例中,站2的報(bào)文被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于,在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個(gè)站的報(bào)文被傳送以前,報(bào)文的起始部分已經(jīng)
22、在網(wǎng)絡(luò)上傳送了。所有未獲得總線讀取權(quán)的站都成為具有最高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的接收站,并且不會(huì)在總線再次空閑前發(fā)送報(bào)文。 CAN具有較高的效率是因?yàn)榭偩€僅僅被那些請(qǐng)求總線懸而未決的站利用,這些請(qǐng)求是根據(jù)報(bào)文在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性按順序處理的。這種方法在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)有很多優(yōu)點(diǎn),因?yàn)榭偩€讀取的優(yōu)先級(jí)已被按順序放在每個(gè)報(bào)文中了,這可以保證在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中較低的個(gè)體隱伏時(shí)間。 對(duì)于主站的可靠性,由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制,所有主要通信,包括總線讀取 (許可)控制,在系統(tǒng)中分幾次完成。這是實(shí)現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。 CAN與其它通信方案的比較在實(shí)踐中,有兩種重要的總線分配方法:按時(shí)間表分配和按需要分
23、配。在第一種方法中,不管每個(gè)節(jié)點(diǎn)是否申請(qǐng)總線,都對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)按最大期間分配。由此,總線可被分配給每個(gè)站并且是唯一的站,而不論其是立即進(jìn)行總線存取或在一特定時(shí)間進(jìn)行總線存取。這將保證在總線存取時(shí)有明確的總線分配。在第二種方法中,總線按傳送數(shù)據(jù)的基本要求分配給一個(gè)站,總線系統(tǒng)按站希望的傳送分配(如:Ethernet CSMA/CD)。因此,當(dāng)多個(gè)站同時(shí)請(qǐng)求總線存取時(shí),總線將終止所有站的請(qǐng)求,這時(shí)將不會(huì)有任何一個(gè)站獲得總線分配。為了分配總線,多于一個(gè)總線存取是必要的。 CAN實(shí)現(xiàn)總線分配的方法,可保證當(dāng)不同的站申請(qǐng)總線存取時(shí),明確地進(jìn)行總線分配。這種位仲裁的方法可以解決當(dāng)兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的碰撞
24、問題。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的消息仲裁,CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法,確保在不傳送有用消息時(shí)總線不被占用。甚至當(dāng)總線在重負(fù)載情況下,以消息內(nèi)容為優(yōu)先的總線存取也被證明是一種有效的系統(tǒng)。雖然總線的傳輸能力不足,所有未解決的傳輸請(qǐng)求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)中,如Ethernet,系統(tǒng)往往由于過載而崩潰,而這種情況在CAN中不會(huì)發(fā)生。 CAN的報(bào)文格式在總線中傳送的報(bào)文,每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報(bào)文格式,其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符(ID)長度不同,標(biāo)準(zhǔn)格式為11位,擴(kuò)展格式為29位。 在標(biāo)準(zhǔn)格式中,報(bào)文的起始位稱為幀起始(SOF),然后是由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)
25、程發(fā)送請(qǐng)求位 (RTR)組成的仲裁場。RTR位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀,在請(qǐng)求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。 控制場包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE),指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位 (ro),為將來擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)字節(jié)用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度(DLC)。數(shù)據(jù)場范圍為08個(gè)字節(jié),其后有一個(gè)檢測數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。 應(yīng)答場(ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平(邏輯1),這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平(邏輯0)覆蓋它。用這種方法,發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)站能正確接收到報(bào)文。 報(bào)文的尾部由幀結(jié)束標(biāo)出。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位,如果這時(shí)
26、沒有站進(jìn)行總線存取,總線將處于空閑狀態(tài)。 CAN數(shù)據(jù)幀的組成遠(yuǎn)程幀 遠(yuǎn)程幀由6個(gè)場組成:幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀不存在數(shù)據(jù)場。 遠(yuǎn)程幀的RTR位必須是隱位。 DLC的數(shù)據(jù)值是獨(dú)立的,它可以是08中的任何數(shù)值,為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度。 出錯(cuò)幀 出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場組成,第一個(gè)場由來自各站的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加得到,第二個(gè)場是出錯(cuò)界定符 錯(cuò)誤標(biāo)志具有兩種形式: 活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志(Active error flag),由6個(gè)連續(xù)的顯位組成 認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志(Passive error flag),由6個(gè)連續(xù)的隱位組成 出錯(cuò)界定符包括8個(gè)隱位 超載幀 超載幀包括兩個(gè)位場:超載標(biāo)志和超載界
27、定符 發(fā)送超載幀的超載條件: 要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀 在間歇場檢測到顯位 超載標(biāo)志由6個(gè)顯位組成 超載界定符由8個(gè)隱位組成 數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測不同于其它總線,CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上,它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法,其中前三種為基于報(bào)文內(nèi)容檢查。 3.4.1 循環(huán)冗余檢查(CRC) 在一幀報(bào)文中加入冗余檢查位可保證報(bào)文正確。接收站通過CRC可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。 3.4.2 幀檢查 這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性,用于檢查格式上的錯(cuò)誤。 3.4.3.應(yīng)答錯(cuò)誤 如前所述,被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到
28、應(yīng)答,那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤,也就是說,ACK場已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測錯(cuò)誤。 3.4.4 總線檢測 有時(shí),CAN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測自己發(fā)出的信號(hào)。因此,發(fā)送報(bào)文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。 3.4.5 位填充 一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率。然而,如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位,就有可能失去同步。為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個(gè)連續(xù)相等位后,發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位;接收時(shí),這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如,五個(gè)連續(xù)的低電平位后,CAN自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)
29、誤,如果在一幀報(bào)文中有6個(gè)相同位,CAN就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。 如果至少有一個(gè)站通過以上方法探測到 一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤,它將發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志終止當(dāng)前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯(cuò)誤的報(bào)文,并保證網(wǎng)絡(luò)上報(bào)文的一致性。當(dāng)大量發(fā)送數(shù)據(jù)被終止后,發(fā)送站會(huì)自動(dòng)地重新發(fā)送數(shù)據(jù)。作為規(guī)則,在探測到錯(cuò)誤后23個(gè)位周期內(nèi)重新開始發(fā)送。在特殊場合,系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間為31個(gè)位周期。 但這種方法存在一個(gè)問題,即一個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤的站將導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)被終止,其中也包括正確的數(shù)據(jù)。因此,如果不采取自監(jiān)測措施,總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。為此,CAN協(xié)議提供一種將偶然錯(cuò)誤從永久錯(cuò)誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法。這種方法可以通過對(duì)出錯(cuò)站統(tǒng)計(jì)評(píng)估來確
30、定一個(gè)站本身的錯(cuò)誤并進(jìn)入一種不會(huì)對(duì)其它站產(chǎn)生不良影響的運(yùn)行方法來實(shí)現(xiàn),即站可以通過關(guān)閉自己來阻止正常數(shù)據(jù)因被錯(cuò)誤地當(dāng)成不正確的數(shù)據(jù)而被終止。 硬同步和重同步硬同步只有在總線空閑狀態(tài)條件下隱形位到顯性位的跳變沿發(fā)生時(shí)才進(jìn)行,表明報(bào)文傳輸開始。在硬同步之后,位時(shí)間計(jì)數(shù)器隨同步段重新開始計(jì)數(shù)。硬同步強(qiáng)行將已發(fā)生的跳變沿置于重新開始的位時(shí)間同步段內(nèi)。根據(jù)同步規(guī)則,如果某一位時(shí)間內(nèi)已有一個(gè)硬同步出現(xiàn),該位時(shí)間內(nèi)將不會(huì)發(fā)生再同步。再同步可能導(dǎo)致相位緩沖段1被延長或相位緩沖段2被短。這兩個(gè)相位緩沖段的延長時(shí)間或縮短時(shí)間上限由再同步跳轉(zhuǎn)寬度(SJW)給定。 CAN總線可靠性為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換
31、錯(cuò)誤而對(duì)司機(jī)造成危險(xiǎn),汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋撸蛘邭埩粝聛淼臄?shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話,這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看,可靠性可以理解為,對(duì)傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的識(shí)別能力。 殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測量獲得。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必須非常小,使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi),按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢測不到。計(jì)算殘余錯(cuò)誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行分類,并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯(cuò)誤概率,我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有8090位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù),并假
32、定這個(gè)系統(tǒng)中有510個(gè)站,并且錯(cuò)誤率為1/1000,那么最大位錯(cuò)誤概率為1013數(shù)量級(jí)。例如,CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1Mbps,如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50%,那么對(duì)于一個(gè)工作壽命4000小時(shí)、平均報(bào)文長度為 80位的系統(tǒng),所傳送的數(shù)據(jù)總量為9×1010。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi),不可檢測的傳輸錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)平均小于102量級(jí)。換句話說,一個(gè)系統(tǒng)按每年365天,每天工作8小時(shí),每秒錯(cuò)誤率為0. 7計(jì)算,那么按統(tǒng)計(jì)平均,每1000年才會(huì)發(fā)生一個(gè)不可檢測的錯(cuò)誤。 應(yīng)用舉例CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯(cuò)CAN即ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn),在汽車領(lǐng)域使用125Kbps的高速CAN。 某進(jìn)口車型擁有,車身、舒適、多媒體等多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò),其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡(luò),舒適使用LIN網(wǎng)絡(luò),多媒體使用MOST網(wǎng)絡(luò),以CAN網(wǎng)為主網(wǎng),控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等車身安全模塊,并將轉(zhuǎn)速、車速、油溫等共享至全車,實(shí)現(xiàn)汽車智能化控制,如高速時(shí)自動(dòng)鎖閉車門,安全氣囊彈出時(shí),自動(dòng)開啟車門等功能。 can系統(tǒng)又分為高速和低速,高速can系統(tǒng)采用硬線是動(dòng)力型,速度:500kbps,控制ecu、abs等;低速can是舒適型,速度:125kbps,主要控制儀表、防盜等。 某醫(yī)院現(xiàn)有5臺(tái)16T/H德國菲斯曼燃?xì)忮仩t,向洗衣房、制劑室、供應(yīng)室、生活用水
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