工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)(2013)4

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)（4）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所劉勇2013（春）第三章CAN總線一、CAN總線的發(fā)展歷程

CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網(wǎng)）的縮寫，也稱為canbus。最早由德國Bosch公司Uwe

Kiencke領(lǐng)導(dǎo)的課題小組于1983年開發(fā)，并于1986年2月在Detroit召開的SAE大會(huì)上以“AutomotiveSerialControllerAreaNetwork”論文的形式首次向世界介紹。其名稱由顧問Wolfhard

Lowrenz教授所起。

CAN最早應(yīng)用于汽車工業(yè)，1992年世界上首輛使用CAN總線的汽車從Benz公司下線?，F(xiàn)在CAN已經(jīng)成為世界上最流行的現(xiàn)場(chǎng)總線。

CAN由CiA（CANinAutomation）國際組織維護(hù)，并已經(jīng)成為ISO11898國際標(biāo)準(zhǔn)。以CiA推出的CANSpecification2.0為底層的高層協(xié)議有：CANKingdomDeviceNetCANopenSAEJ1939SDS

CAN的最新進(jìn)展是2000年推出的TTCAN（時(shí)間觸發(fā)CAN通信協(xié)議）。二、CAN節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)三、CAN物理層1.CAN總線電平顯性電平（Dominant）：邏輯“0”隱性電平（Recessive）：邏輯“1”

ISO11898中規(guī)定：在隱性狀態(tài)下：VCAN-H=VCAN-L=2.5V，Vdiff=0V在顯性狀態(tài)下：VCAN-H=3.5V，VCAN-L=1.5V，Vdiff=2V2.CAN接插件管腳分配3.CAN總線終端電阻

120Ω±10%，ISO118984.CAN總線使用的編碼

NRZ編碼（非歸零編碼），5位1填充。5.CAN總線的位速率5k~1M（bps）6.CAN總線長(zhǎng)度40m~10kmCAN總線位速率與總線長(zhǎng)度的關(guān)系：1600100051010010100100010000數(shù)據(jù)位速率[kbps]總線長(zhǎng)度[m]主要影響因素：（1）CAN總線要求發(fā)送器在發(fā)送每一位的同時(shí)，都要監(jiān)視總線電平，用以確定是否發(fā)送器競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送權(quán)失敗，是否總線發(fā)生了位錯(cuò)誤，是否獲得了應(yīng)答；（2）為實(shí)現(xiàn)（1）中的目的，要考慮傳播延時(shí)的影響。銅導(dǎo)線中，電信號(hào)的傳播速度是光速的2/3；（3）還要考慮發(fā)送器延時(shí)、接收器延時(shí)，以及可靠采樣的要求。7.CAN總線的位定時(shí)同步段：1個(gè)時(shí)間份額；傳播段：1~8個(gè)時(shí)間份額；相位緩沖段1：1~8個(gè)時(shí)間份額；相位緩沖段2：相位緩沖段1和信息處理時(shí)間的最大值；信息處理時(shí)間：≤2個(gè)時(shí)間份額；時(shí)間份額總數(shù)：8~25時(shí)間份額：由振蕩器周期派生出的一個(gè)固定時(shí)間單元。由于各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)所使用的振蕩器頻率不可能都是精確的理想值，一般都與其存在著一定的誤差，使得發(fā)送器與接收器各自對(duì)位時(shí)間的理解實(shí)際上存在差異。又由于CAN總線使用了NRZ編碼，若沒有一定的位定時(shí)機(jī)制，隨著累積誤差的增大，終歸會(huì)使接收器錯(cuò)誤地采樣到總線上的其它位上。硬同步與重同步就是用于準(zhǔn)確位定時(shí)的保障機(jī)制。8.CAN總線的位同步硬同步（HardSynchronization）：只發(fā)生在幀起始的位置。硬同步后，內(nèi)部位時(shí)間從同步段重新開始。因而，硬同步強(qiáng)迫引起硬同步的沿處于重新開始的位時(shí)間同步段之內(nèi)。重同步（Resynchronization）：發(fā)生在幀內(nèi)。通過在每個(gè)時(shí)間段采樣總線，并與前一個(gè)采樣點(diǎn)處的總線電平做比較，可以檢測(cè)到跳變沿。如果跳變沿發(fā)生在同步段內(nèi)，則認(rèn)為接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)是同步的；否則說明二者不同步，需要進(jìn)行重同步。重同步的目的是通過延長(zhǎng)相位緩沖段1或縮減相位緩沖段2來控制跳變沿和采樣點(diǎn)之間的距離，以補(bǔ)償振蕩器誤差。CAN2.0規(guī)范規(guī)定：只有隱性電平到顯性電平的跳變沿才用于重同步。沿相位誤差e：由沿相對(duì)于當(dāng)前同步段的位置給定，計(jì)為時(shí)間份額的整數(shù)倍。如果沿出現(xiàn)在當(dāng)前同步段之前，e被計(jì)為負(fù)，如果沿出現(xiàn)在當(dāng)前同步段之后，e被計(jì)為正。重同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）用于設(shè)定相位緩沖段延長(zhǎng)或縮短的上限，應(yīng)被編程為1~4個(gè)時(shí)間份額，并且不能長(zhǎng)于任何一個(gè)相位緩沖段長(zhǎng)度。重同步規(guī)則：當(dāng)e>0時(shí)，相位緩沖段1要延長(zhǎng)。如果e<SJW，相位緩沖段1要延長(zhǎng)e，否則延長(zhǎng)SJW；當(dāng)e<0時(shí)，相位緩沖段2要縮減。如果e<SJW，相位緩沖段1要縮減e，否則縮減SJW；

當(dāng)e<SJW時(shí)，重同步和硬同步的效果是一樣的。如果e>SJW，重同步不能充分補(bǔ)償e，誤差（e-SJW）仍然存在。9.CAN總線的振蕩器容差由于只有當(dāng)e<SJW時(shí)，發(fā)送器與接收器之間的振蕩器誤差才能得以充分補(bǔ)償，其它情況下只是得到部分補(bǔ)償，并可能會(huì)引起接收器讀取的數(shù)值與發(fā)送器發(fā)送的實(shí)際數(shù)值不一致。因此，接收器中CAN位定時(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)的目的就是要使其在滿足總線通信速率的同時(shí)，最大可能地去適應(yīng)發(fā)送器與接收器之間的振蕩器誤差。約束條件-1：受位填充限制。約束條件-2：受錯(cuò)誤標(biāo)志影響。其它約束條件：根據(jù)CAN2.0規(guī)范，振蕩器最大容許誤差可至1.58%。思考題：1.CAN的中英文含義如何？2.CAN的底層與高層協(xié)議有哪些？3.CAN是哪個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)總線？4.CAN總線電平是如何定義的？5.CAN使用什么樣的編碼形式？6.CAN總線的位速率與總線長(zhǎng)度關(guān)系如何？7.