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                CAN總線協議

                CAN總線發展
                控制器局域網CAN( Controller Area Network)屬彩神x官网於現場總線的範疇,是一種有效支持分布式控制系統的串行通信網絡。是由德國博世彩神x在20世紀80年代專門為汽車行業開發彩神x平台的一種串行通信總線。由於其高性彩神x首页能、高可靠性以及獨特的設計而越來越受到人們的重視,被廣泛應用於諸多領域。而且能夠檢測出產生的彩神x首页任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km時,CAN仍可提供高達50kbit/s的數據傳輸速率。由於CAN總線具有很彩神x官网高的實時性能和應用範圍,從位速率最高可達1Mbps的高速網絡彩神x平台到低成本多線路的50Kbps網絡都可以任意搭配。因此,CAN己經在汽車業、航空業、工業控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。   隨著CAN總彩神x線在各個行業和領域的廣泛應用,對其的通信格式標準化也提出了更嚴格的要求。1991年CAN總線技術規範(Version2.0)制定並彩神x平台發布。該技術規範共包括A和B兩個部分。其中2.0A給出了CAN報文標準格式彩神x平台,而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。美國的汽車工程學會SAE在2000年提出了J1939協議,此後該協議成為了貨車和客車中控制器局域網的通彩神x用標準。
                相關組織
                依據國際標準化組織/開放系統互連(International Standardi-zation Organization/Open SystemInterconnection,ISO/OSI)參考模型,CAN的ISO/OSI參考模型的層結構如圖7-6所示。
                概念和彩神x平台特征
                下面對CAN協議的媒體訪問彩神x平台控制彩神x首页子層的一些概念彩神x官网和特征做如下說明:   (1)報文(Message)總線上的數據以不同報文格式發送,但長度受到限制。當總彩神x官网線空閑時,任何一個彩神x首页網絡上的節點都可以發送報文。   (2)信息路由(Information Routing)在CAN中,節點不使用任何關於系統配置的報文,比如站地址,由接收節點根據報文本身特征彩神x平台判斷是否接收這幀信彩神x首页息。因此彩神x首页系統擴展時,不用對應用層以及任何節點的軟件和硬件作改變,可以直接在CAN中增加節彩神x首页點。   (3)標識符(Identifier) 要傳送的報文有彩神x平台特征標識符(是數據幀和遠程幀的一個域),它給出的不是目標節點地址,而是這個報文彩神x首页本身的特征。信息以廣播方式在網絡上發送,所有節點都可以接彩神x收到。節點通過標識符判定是否接收這幀信息。   (4)數據一致性應確保報文在CAN裏同時彩神x首页被所有節點接收或同時不接收,這是配合錯誤處理彩神x和再同步功能實現的。   (5)位傳彩神x平台輸速率不同的CAN系統速度不同,但在一個給定的系統裏,位傳彩神x輸速率是唯一的,並彩神x官网且是固定的。   (6)優先權 由發送數彩神x官网據的報文中的標識符決定報文占用總線的優先權。標識符越小,優先權越彩神x平台高。   (7)遠彩神x平台程數據請求(Remote Data Request) 通過發送遠程幀,需要數據的節點請求另一節點發送相應的數據。回應節點傳送的數據幀與彩神x請求數據的遠程幀由相同的標識符命名。   (8)仲裁(Arbitration) 只要總線空彩神x官网閑,任何節點都可以向總線發送報文。如果有兩個或兩個以上的節點同時發送報文,就會引起彩神x平台總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲彩神x首页裁可以解決這個碰撞。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時彩神x官网發送時,數據幀優先於遠程幀。在仲裁彩神x期間,每一個發送器都對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較。如果電平相同,則這彩神x首页個單元可以繼續發送,如果發送的是“隱性”電平而監視到的是“顯性”電平,那麽這個單元就失去了仲裁,必須退出發送彩神x狀態彩神x首页。   (9)總線狀態 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態,“顯性”對應邏輯“0”,“隱性”對應邏輯“1”。“顯性”狀態和“隱性”狀態與為“顯性”狀態,所以兩個節點同時分別發送“0”和“1”時,總彩神x平台線上呈現“0”。CAN總線采用二進制不歸零(NRZ)編碼方式,所以總彩神x線上不是“0”,就是“1”。但是CAN協議並沒有具體定義這兩種狀態的具體實現彩神x方式,如圖7-7所示。   (10)故障界定(Confinement) CAN節點能區分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節點會被關閉。   (11)應答接收節點對正確彩神x接收的報文給出應答,對不一致報文進行標記。   (12)CAN通訊距離最大是10公裏(設速率為5Kbps),或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為彩神x平台40米)。   (13)CAN總線上的節點數可達110個。通信介彩神x官网質可在雙絞線,同軸電纜,光纖中選擇。   (14)報文是短幀結構,短的傳送時間使其受幹擾概率低,CAN有很好的效驗機彩神x平台制,這些都保證了CAN通信的可靠性。
                編輯本段2 CAN總線協議內容
                CAN總線的物理彩神x官网層是將ECU連接至總線的驅動電路。ECU的總數將受限於總線上的電氣負彩神x官网荷。物理層定義了物理數據在總線上各節點間的傳輸過程,主要是連接介質、線路電氣特性、數據的編碼/解碼、位定時和同步的實施標準。
                總線競爭的原則
                BOSCH CAN基本上彩神x首页沒有對物理層進行定義,但基於CAN的ISO標準對物理層進行了定義。設計一個CAN系統時,物理層具有很大彩神x的選擇余地,但必須保證CAN協議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求,即出現總線競爭時,具有較彩神x首页高優先權的報文獲取總線競爭的原則,所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態特征。在沒有發送顯性位時,總線處於隱性狀態,空閑時,總線處於隱性狀態;當有一彩神x個或多個節點發送顯性位,顯性位覆蓋隱性位,使總線處於顯性狀態。   在此基礎上,物理層主要取決於傳輸速度彩神x的要求。從物理結構上看,CAN節點的構成如圖7-8所示。在CAN中,物理層從結構上可分為三層:分別是物彩神x平台理信號層(Physical Layer Signaling,PLS)、物理介質附件(Physical MediaAttachment,PMA)層和介質從屬彩神x平台接口(Media Dependent:Inter-face,MDI)層。其中PLS連同數據鏈路層功能由CAN控制器完成,PMA層功能由CAN收發器完成,MDI層定義了電纜彩神x平台和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內部集成了CAN控制器和收發器電路,如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業標準,也彩神x首页可自行定義,比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發送/接收器標準。
                節點數量
                理論上,CAN總彩神x官网線上的節點數幾乎不受限制,可達到2000個,實際上受電氣特性彩神x的限制,最多只能接100多個節點。
                CAN的數據鏈路層
                CAN的數據鏈路層是其彩神x平台核心內容,其中邏彩神x首页輯鏈路控制(Logical Link control,LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復彩神x首页等功能,媒體訪問控制(Medium Access control,MAC)子層完成數據打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串並轉換等彩神x功能。這些功能都是彩神x平台圍繞信息幀傳送過程展開的。
                編輯本段3 CAN總線的報文傳輸和結構
                報文類型
                在CAN2.0B的版本協議中有兩種不同的幀格式,不同之處彩神x首页為標識符域的長度不同,含有ll位標識符的幀稱之為標準幀,而含有29位標識符的幀稱為擴展幀。如CAN1.2版本協彩神x官网議所描述,兩個版本的標準數據幀格式和遠程幀格式分別是等效的,而擴展格式是彩神xCAN2.0B協議新增加的特性彩神x官网。為使控制器設計相對簡單,並不要求執行完全的擴展格式,對於新型控制器而彩神x言,必須不加任何限制的支持標準格式。但無論是哪種彩神x幀格式彩神x官网,在報文傳輸時都有以下四種不同類型的幀:
                幀類型
                (1)數據幀(Data ) 數據幀將數據從發送器傳輸到接收器。   (2)遠程幀(Remote ) 總線單元發出遠程幀,請求發送具有同一標彩神x平台識符的數據幀。   (3)錯誤幀(Error ) 任何單元檢測到總線錯誤就發出錯誤幀。   (4)過載幀(Overload ) 過載幀用在相鄰數據幀或遠程幀之間提供附加的延時。   數據幀或彩神x平台遠程幀與前一個幀之間都會有一個隔離域,即幀間彩神x首页間隔。數據幀和遠程幀可以使用標準幀及擴展幀兩種格式。
                編輯本段4 CAN總線應用領域
                CAN總線彩神x首页最初是德國BOSCH為汽車行業的監測,控制而設計的。現已應用到鐵路、交通、國防、工程、工業機械、紡織、農用機械、數控、醫療器械機器彩神x官网人、樓宇、安防等方面。文章彩神x來源於:百度百科

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