CAN总线原理介绍

CAN 总线原理介绍一.现场总线简介现场总线是应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节 点数字通信的系统。也被称为开放式的数字化多节点通信的底层控制网络。现场总线作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上的作为网络节点的智能 设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参 数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。二.CAN总线技术：1、CAN 总线简介:CAN (Con troller Area Net work) 一控制器局域网。它是一种有效支持分布 式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线最早是由德国Bosch公司在80年 代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串 行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆、光导 纤维，通信速率可达1 Mbps。CAN总线通信接口中集成了 CAN协议的物理层， 数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充，数据块编码，循 环冗余校验，优先级判别等项工作。2、CAN 总线技术的主要特点：多主站依据优先权进行访问。CAN 为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上 的其他节点发送信息。采用短帧传送。CAN采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码。 每帧数据信息为0s8个字节，具体长度由用户决定。无破坏基于优先权的仲裁。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发 送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突 时间。借助接收滤波的多地址帧传送。CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点，一点对多点以及全局广播等几种方 式来传输数据，无需专门的“调度”。各个接收站依据报文中反映数据性质的 标识符过滤报文，决定是否接收。强有力的错误控制及错误重发功能：CAN 的每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，在错误严重的情况下具有自 动关闭输出的功能，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新 发送，每帧信息中不可检错的概率低于 3 10-5。长距离高速率发送：CAN的直接通信距离最远可达10km （速率5 km以下）；通信速率最高可达 1Mbps （此时通信距离最长为40m）。CAN的通讯速率与其通信距离有呈线性关系。 CAN总线多负载能力：CAN 上的节点数主要取决于物理总线的驱动电路，节点数目前可达 110 个；其报文标识符2032种（CAN2.0 A标准），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符 几乎不受限制。3、CAN的一些基本概念报文一一报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但 报文长度要受帧结构的限制。当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个 新报文。帧传送在总线上传输的报文以帧结构进行传输。报文传送由4种不同类型的帧来表示和控制：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。仲裁一一仲裁用于处理总线访问冲突。方法是依据其报文优先权，而优先 权由报文标识符与 RTR 位来唯一确定。标识符一个报文的内容由其标识符 ID 命名， ID 并不指出报文的目的， 但描述了数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据 是否使它们激活。技术规范一一CAN技术规范（Version2.0）包括2.0A和2.0B。2.0A的报 文标识符为 11 位， 2.0B 有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符 19 位，后 者 29 位。远程数据请求一一通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。 显性隐性一一CAN总线数值为两种互补的逻辑数值：“显性”和“隐性”。其中显性表示逻辑“0”，而隐性表示逻辑“1”。当显性和隐性位同时发送时 总线数值将为显性。4、CAN传送的帧结构报文传送主要有四种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧。 数据帧数据帧携带数据由发送器至接收器，它由7个不同的位场组成，分别是帧起 始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场以及帧结束。在具体编程中只要 正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度码、数据场即可。帧起始一一标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位。仲裁场 包括报文标识符11位（CAN2.0A标准）和远程发送申请RTR位， 这12位共同组成报文优先权信息。数据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优 先权要高。控制场一一由6位组成，包括2位作为控制总线发送电平的备用位（留作CAN 通信协议扩展功能用）与4位数据长度码。其中数据长度码（DLC0-DLC3）指出了 数据场中的字节数目0s8 （被发送/接收的数据的字节数目）。数据场存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接 收的数据。按字节存储的数据可由微控制器发送到网络中，也可由其它节点接收。 其中第一个字节的最高位首先被发送或接收。CRC场一一又名循环冗余码校验场，包括CRC序列（15位）和CRC界定符（1 个隐性位）。 CRC 场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程中的错误并自 动纠正错误。这一步由控制器自身来完成。应答场包括应答间隙和应答界定符两位。帧结束每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列，它由7个隐性位组成。间空间帧间空间帧起始 控制场应答场仲裁场数据场CRC序列帧结束或超载帧数据帧的结构远程帧用来申请数据。当一个节点需要接收数据时，可以发送一个远程帧， 通过标识符与置 RTR 为高来寻址数据源，网络上具有与该远程帧相同标识符的节 点则发送相应的数据帧。远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和 帧结束组成。这几个部分与数据帧中的相同，只是其RTR位为低而已。远程帧的 数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中DLC的数值。帧间空间 帧起始控制场应答场 帧间空间卄且Q仲裁场CRC场帧结束或超载帧远程帧的结构出错帧出错帧由两个不同场组成，一个是由来自各站的错误标志叠加得到，另一个 是出错界定符。出错帧的组成为：数据帧嘲出错帧卜*帧间空间或超载帧* 一个出错标志 出错叠加标志误界定符一超载帧超载帧由超载标识和超载界定符组成。在CAN中，存在两个条件导致发送超载帧。一个是接收器未准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位。超载帧的结构：帧结束或超载界超载帧错误界定符* 一个超载标志*帧间空间或超载帧匕超载叠加标志卜X超载界定符