第8章 控制器局域網(wǎng)

1、第8章 控制器局域網(wǎng)1CAN通信技術(shù)(jsh)概述2CAN在汽車中的應(yīng)用(yngyng)情況3CAN總線數(shù)據(jù)交換基本原理4CAN協(xié)議規(guī)范5典型CAN總線器件及其應(yīng)用6CAN控制器與MCS-51系列單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.1 CAN通信技術(shù)概述 CAN全稱Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義的一種串行通信總線。主要用來(yn li)實(shí)現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)各電控單元之間的信息交換，形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CAN總線由于其高性能、高可靠性，設(shè)計(jì)獨(dú)特等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向工程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、

2、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。 返回(fnhu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.2 CAN在汽車中的應(yīng)用(yngyng)情況圖 8-1 車載(ch zi)網(wǎng)絡(luò)示意圖 返回共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.3 CAN總線數(shù)據(jù)交換基本原理 8.3.1 CAN總線數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分類 CAN-BUS目前的ISO標(biāo)準(zhǔn)有兩種，分別是IS011898與IS011519-2。IS011898通信(tng xn)速率為125 Kb/s1 Mb/s是CAN高速通信(tng xn)標(biāo)準(zhǔn), IS011519-2是通信(tng xn)速率最高可達(dá)125 Kb/s的CAN低速通信(tng xn)標(biāo)準(zhǔn)。 高速CA

3、N-BUS主要應(yīng)用在一些要求高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)中，如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子制動(dòng)系統(tǒng)等。低速CAN-BUS主要應(yīng)用在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)中，如舒適系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)等。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.3.2 CAN數(shù)據(jù)總線組成(z chn)結(jié)構(gòu)圖 8-2 CAN數(shù)據(jù)總線組成(z chn)結(jié)構(gòu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)1. CAN控制器圖 8-3 CAN控制器結(jié)構(gòu)(jigu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)2. CAN收發(fā)器圖 8-4 CAN收發(fā)器共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)3. 數(shù)據(jù)傳遞終端 數(shù)據(jù)傳遞終端實(shí)際是一個(gè)電阻器，作用是避免數(shù)據(jù)傳輸終了反射回來，產(chǎn)生反射波使數(shù)據(jù)遭到破壞。在高速CAN-BUS中，只有

4、兩個(gè)(lin )數(shù)據(jù)傳遞終端，它裝在CAN高位(CAN-high)和低位(CAN-low)數(shù)據(jù)線之間，總電阻為5070歐姆，高速CAN-BUS數(shù)據(jù)傳遞終端見圖8-5。圖 8-5 數(shù)據(jù)(shj)傳遞終端共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)4. CAN數(shù)據(jù)總線圖 8-6 CAN數(shù)據(jù)總線共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.3.3 CAN總線數(shù)據(jù)傳遞(chund)過程 1.發(fā)送過程圖 8-7 發(fā)送(f sn)過程示意圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-8 接收(jishu)過程示意圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)幀 為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)單元，這就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧Q其為幀。一幀內(nèi)

5、應(yīng)包括同步信號(hào)(例如幀的開始(kish)與終止)、錯(cuò)誤控制(各類檢錯(cuò)碼或糾錯(cuò)碼.大多數(shù)采用檢錯(cuò)重發(fā)的控制方式)、流量控制(協(xié)調(diào)發(fā)送方與接收方的速率)、控制信息、數(shù)據(jù)信息、尋址(在信道共享的情況下，保證每一幀都能正確地到達(dá)目的站，接收方也能知道信息來自何站)等。多路傳輸 是指在同一通道或線路上同時(shí)傳輸多條信息。模塊節(jié)點(diǎn) 是一種電子裝置。簡(jiǎn)單的如溫度和壓力傳感器，復(fù)雜的如微機(jī)(微處理器)。微機(jī)多路傳輸系統(tǒng)中的一些簡(jiǎn)單的模塊被稱為節(jié)點(diǎn)。 返回(fnhu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4 CAN協(xié)議規(guī)范8.4.1基本術(shù)語汽車局域網(wǎng)絡(luò) 是一個(gè)有限區(qū)域內(nèi)連接的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱局域網(wǎng)。一般這個(gè)區(qū)域具有特定的

6、職能，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)(shxin)這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。連接到網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以是微機(jī)、基于該微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)或智能裝置。現(xiàn)場(chǎng)總線 是一種串行數(shù)字通信鏈路，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。數(shù)據(jù)總線(CAN-BUS) 是模塊間傳遞數(shù)據(jù)的通道。數(shù)據(jù)總線可以實(shí)現(xiàn)一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號(hào)能被多個(gè)系統(tǒng)(控制單元)共享，最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，充分利用有限的資源。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 是一種特殊功能的微機(jī)，能使網(wǎng)絡(luò)中信息共享和不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸。中繼器 中繼器是用于實(shí)現(xiàn)物理層干線段之間的連接(linji)。通過信號(hào)的放大和

7、整形延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)物理層的連接(linji)。網(wǎng)橋 網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議、傳輸介質(zhì)、傳輸速率都可不同。網(wǎng)橋是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，從一個(gè)局域網(wǎng)接收到一個(gè)信息幀后,對(duì)信息幀頭進(jìn)行檢驗(yàn)修改，然后轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)局域網(wǎng)或者丟棄該幀。網(wǎng)橋一般可以實(shí)現(xiàn)相同類型局域網(wǎng)和不同類型局域網(wǎng)的連接，可以分隔兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，有利于改善網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)路由器 路由器在網(wǎng)絡(luò)層上實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，從本特征是: (1) 由器為兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸提供最佳路徑選擇。 (2) 路由器與網(wǎng)橋的主要區(qū)別是：網(wǎng)橋獨(dú)立于高層協(xié)議，向用戶提供一個(gè)大

8、的邏輯網(wǎng)絡(luò)；路由器則是從路徑選擇角度為不同獨(dú)立的子網(wǎng)用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸提供傳愉的路線，并且比網(wǎng)橋有更大的流量控制能力和更強(qiáng)的異種網(wǎng)互聯(lián)能力。 (3) 路由器要求節(jié)點(diǎn)(ji din)網(wǎng)絡(luò)層以上的各層使用相同或兼容的協(xié)議。 通信協(xié)議 是指通信雙方控制信息交換規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)約定的集合，即指數(shù)據(jù)在總線上的傳輸規(guī)則。在汽車上要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)各ECU之間的通信必須制定規(guī)則，即通信的方法、通信時(shí)間、通信內(nèi)容，保證通信雙方能相互配合，使通信雙方能共間遵守、可接受的一組規(guī)定和規(guī)則。就好像現(xiàn)實(shí)生活中的交通規(guī)則一樣，包括“交通標(biāo)志”的制定方法。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.2 報(bào)文傳輸1幀類型 幀按照攜帶的信息類型可分

9、為4種幀格式。 (1)數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌?(2)遠(yuǎn)程幀 由總線單元發(fā)送，用于請(qǐng)求發(fā)送具有(jyu)相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀稱為遠(yuǎn)程幀。 (3)過載幀 過載幀用于在先行和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一個(gè)附加的延時(shí)。 (4)錯(cuò)誤幀 任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線錯(cuò)誤，就發(fā)出錯(cuò)誤幀。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)2. 幀格式(g shi)(1) 數(shù)據(jù)幀圖 8-9 數(shù)據(jù)(shj)幀格式共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)(2) 遠(yuǎn)程(yunchng)幀圖 8-10 遠(yuǎn)程(yunchng)幀結(jié)構(gòu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)(3) 錯(cuò)誤(cuw)幀圖 8-15 錯(cuò)誤(cuw)幀結(jié)構(gòu)共四十頁第8章

10、 控制器局域網(wǎng)(4) 過載(guzi)幀圖 8-16 過載(guzi)幀結(jié)構(gòu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.3 幀優(yōu)先級(jí)的仲裁(zhngci)圖 8-19 仲裁(zhngci)過程圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-20 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程(yunchng)幀的仲裁過程共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-21 標(biāo)準(zhǔn)格式(g shi)和擴(kuò)展格式(g shi)的仲裁過程共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)發(fā)送單元的工作 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀時(shí)，SOFCRC 段間的數(shù)據(jù)，相同電平如果持續(xù)5位，在下一個(gè)位（第6個(gè)位）則要插入1位與前5位反型的電平。接收(jishu)單元的工作 在接收數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀時(shí)，SOFC

11、RC 段間的數(shù)據(jù)，相同電平如果持續(xù)5位，需要?jiǎng)h除下一個(gè)位（第6個(gè)位）再接收。如果這個(gè)第6個(gè)位的電平與前5位相同，將被視為錯(cuò)誤并發(fā)送錯(cuò)誤幀。位填充(tinchng)示意圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.5 報(bào)文濾波 報(bào)文濾波取決于整個(gè)標(biāo)識(shí)符。允許在報(bào)文濾波中將任何的標(biāo)識(shí)符位設(shè)置為“不考慮”的可選屏蔽寄存器?？梢赃x擇多組的標(biāo)識(shí)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，它的每一位必須是可編程的，即它們能夠被允許或者禁止報(bào)文濾波。屏蔽寄存器的長(zhǎng)度可以包含(bohn)整個(gè)標(biāo)識(shí)符，也可以包含(bohn)部分標(biāo)識(shí)符。 8.4.6 報(bào)文校驗(yàn) 校驗(yàn)報(bào)文是否有效的時(shí)間點(diǎn) , 發(fā)送器與接收器各不

12、相同 。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.7 編碼 位流編碼 幀的部分，諸如幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)以及 CRC 序列，均通過位填充的方法編碼。無論何時(shí)，發(fā)送器只要(zhyo)檢測(cè)到位流里有5個(gè)連續(xù)相同值的位，便自動(dòng)在位流里插入一補(bǔ)充位。 數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀（ CRC 界定符、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)尾）的剩余位場(chǎng)形式固定，不填充。錯(cuò)誤幀和過載幀的形式也固定，但并不通過位填充的方法進(jìn)行編碼。 報(bào)文里的位流根據(jù)“不返回到零”（ NRZ ）之方法來編碼。這就是說，在整個(gè)位時(shí)間里，位的電平要么為“顯性”，要么為“隱性”。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.8 錯(cuò)誤處理1、錯(cuò)誤類型 (1)位錯(cuò)誤 (2)填充錯(cuò)

13、誤 (3)CRC 錯(cuò)誤 (4)形式錯(cuò)誤 (5)應(yīng)答錯(cuò)誤2、節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤處理 如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線上的信號(hào)(xnho)滿足錯(cuò)誤條件，則會(huì)輸出錯(cuò)誤標(biāo)志來指示總線錯(cuò)誤。 處于“主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)”的節(jié)點(diǎn)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志為主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志；處于“被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)”的節(jié)點(diǎn)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志為被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。發(fā)送單元發(fā)送完錯(cuò)誤幀后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.4.9 故障界定 造成 CAN 節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)的原因可能是總線上暫時(shí)的擾動(dòng)，也可能是節(jié)點(diǎn)不可恢復(fù)的故障，CAN 規(guī)范定義了詳細(xì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則用于故障界定。一個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)后可能處于以下三種狀態(tài)中的一種：主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)；被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)；總線關(guān)閉狀

14、態(tài)。8.4.10 位定時(shí)要求(yoqi) 1. 標(biāo)稱位速率標(biāo) 2.標(biāo)稱位時(shí)間 3.信息處理時(shí)間 4.時(shí)間份額 5.時(shí)間段的長(zhǎng)度共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)6.硬同步7.重新同步跳轉(zhuǎn)寬度(kund)8.一個(gè)沿的相位誤差9.重新同步10.同步的原則 返回(fnhu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.5典型CAN總線器件(qjin)及其應(yīng)用圖 8-25 SJA1000內(nèi)部(nib)結(jié)構(gòu)圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-26 SJA1000引腳圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng) SJAl000主要由以下幾部分構(gòu)成(guchng)： (1)接口管理邏輯 (2)發(fā)送緩沖器 (3)接收緩存器 (4)接收過濾器

15、 (5)位流處理器 (6)位時(shí)序邏輯 (7)錯(cuò)誤管理邏輯共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)SJA1000的控制寄存器 SJA1000有兩種工作模式(msh)：一種是BasicCAN，支持CAN 2.0A協(xié)議；另一種是PeliCAN，支持CAN 2.0B協(xié)議。 返回(fnhu)共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)8.6CAN控制器與MCS-51系列(xli)單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)圖 8-38 接口電路(dinl)總體框圖共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-39 單片機(jī)最小系統(tǒng)(xtng)電路共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖8-40 SJA1000 控制電路共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖8-42 PCA82C250/251 收發(fā)器的應(yīng)用(yngyng)電路共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-43 82C250收發(fā)(shuf)電路共四十頁第8章 控制器局域網(wǎng)圖 8-44 基于MCS-51單片機(jī)的CAN總線接口(ji ku)電路 返回(fnhu)共四十頁內(nèi)容摘要第8章 控制器局域網(wǎng)。CAN-BUS目前的ISO標(biāo)準(zhǔn)有兩種，分別是IS011898與IS011519-2。數(shù)據(jù)傳遞終端實(shí)際是一個(gè)電阻器