《CAN协议规范》PPT课件.ppt

三 一 智 能 三 一 智 能q CAN-bus简介q ISO/OSI 7层模型q CAN-bus 相关概念 三 一 智 能 三 一 智 能CAN-bus简介v控 制 器 局 域 网 CAN（ Controller Area Network） ， 最 初 是 由 德 国Bosch公 司 设 计 的 ， 应 用 于 汽 车 的 监 测 和 控 制 ；v1991年 9月 ， Philips半 导 体 公 司 制 定 并 发 布 CAN技 术 规 范 ：CAN 2.0 A/B。 1993年 11月 ， ISO组 织 正 式 颁 布 CAN国 际 标 准 ISO11898；vCAN-bus是 唯 一 成 为 国 际 标 准 的 现 场 总 线 ， 也 是 国 际 上 应 用 最广 泛 的 现 场 总 线 之 一 。 三 一 智 能CAN-bus简介CAN-bus的 特 性 包 括 ：v无 破 坏 性 的 基 于 优 先 权 的 逐 位 仲 裁v借 助 验 收 滤 波 器 的 多 地 址 帧 传 递v远 程 数 据 请 求v错 误 检 测 和 出 错 信 令v很 远 的 数 据 传 输 距 离 （ 长 达 10Km）v高 速 的 数 据 传 输 速 率 （ 高 达 1Mbps）v高 度 实 时 性 ： 每 帧 报 文 允 许 传 输 最 高 8个 字 节 的 数 据v发 送 期 间 丢 失 仲 裁 或 出 错 而 遭 到 破 坏 的 帧 可 自 动 重 发v暂 时 错 误 和 永 久 性 故 障 节 点 的 判 别 以 及 故 障 节 点 的 自 动 脱 离v脱 离 总 线 的 节 点 不 影 响 总 线 的 正 常 工 作 三 一 智 能 三 一 智 能ISO/OSI 7层模型vISO-International Organization for Standardization（ 国 际 标 准 化 组织 ） ， 1979年 成 立 ；vOSI-Open Systems Interconnection（ 开 放 系 统 互 连 ） ；vISO/OSI 7层 模 型 包 括 ： 物 理 层 ， 数 据 链 路 层 ， 网 络 层 ， 传 输 层 ，会 话 层 ， 表 示 层 和 应 用 层 。 三 一 智 能ISO/OSI 7层模型OSI 开放系统互连模型7应用层最高层用户软件网络终端等之间用来进行信息交换如DeviceNet6表示层将两个应用不同数据格式的系统信息转化为能共同理解的格式5会话层依靠低层的通信功能来进行数据的有效传递4传输层两通讯节点之间数据传输控制操作如数据重发数据错误修复3网络层规定了网络连接的建立维持和拆除的协议如路由和寻址2数据链路层规定了在介质上传输的数据位的排列和组织如数据校验和帧结构1物理层规定通讯介质的物理特性如电气特性和信号交换的解释 三 一 智 能ISO/OSI 7层模型应用层协议表示层协议会话层协议传/运输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议 三 一 智 能ISO/OSI 7层模型逻辑链路控制 (LLC) - 验收滤波 - 过载通知 - 恢复管理介质访问控制 (MAC) - 数据封包、解包 - 帧编码（填充、消除填充） - 错误检测、标定应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI Reference Layers物理层 (PLS) - 位编/解码 - 位定时/同步 三 一 智 能 三 一 智 能CANHCANL 3.5 V1.5 V2.5 V Vdiff = 2VVdiff = 0V Vdiff = 0V隐性（逻辑1）显性（逻辑0）隐性（逻辑1）vCAN总 线 电 平 标 称 值8us隐隐显隐显显“110100” 三 一 智 能v帧 格 式标 准 帧 :具 有 11位 标 识 符 的 CAN帧 ; 三 一 智 能扩 展 帧 :具 有 29位 标 识 符 的 CAN帧 ; 三 一 智 能v帧 类 型数 据 帧 ： 携 带 数 据 从 发 送 器 至 接 收 器 ; 三 一 智 能远 程 帧 :总 线 单 元 发 出 远 程 帧 ， 请 求 发 送 具 有 同 一识 别 符 的 数 据 帧 ； 三 一 智 能错 误 帧 :任 何 单 元 检 测 到 一 总 线 错 误 就 发 出 错 误 帧 ； 三 一 智 能过 载 帧 ： 过 载 帧 用 以 在 先 行 的 和 后 续 的 数 据 帧 （ 或 远程 帧 ） 之 间 提 供 一 附 加 的 延 时 ； 三 一 智 能 帧 起 始 ： 它 标 志 数 据 帧 和 远 程 帧 的 起 始 ， 由 一 个 单 独 的 “ 显 性 ”位 组 成 。 只 在 总 线 空 闲 时 ， 才 允 许 站 开 始 发 送 ； 仲 裁 场 ：标 准 格 式 里 ,仲 裁 场 由 11 位 识 别 符 和 RTR 位 组 成 ,识 别 符 位 由ID.2818 构 成 ；扩 展 格 式 里 ， 仲 裁 场 包 括 29 位 识 别 符 、 SRR 位 、 IDE 位 与 RTR 位 ,其识 别 符 由 ID.28. 0；v帧 元 素 三 一 智 能识 别 符 ： 基 本 可 以 理 解 为 CAN帧 的 ID号 ；RTR 位 ： 该 位 在 数 据 帧 里 必 须 为 “ 显 性 ” ， 而 在 远 程 帧 里 必 须 为 “ 隐性 ” ；SRR 位 (扩 展 格 式 )： SRR 的 全 称 是 “ 替 代 远 程 请 求 位 （ Substitute Remote Request BIT） ” 。 SRR 是 一 隐 性 位 。 它 在 扩 展 格 式 的 标 准 帧RTR 位 位 置 ， 因 此 代 替 标 准 帧 的 RTR 位 。 因 此 ， 标 准 帧 与 扩 展 帧 的 冲突 是 通 过 标 准 帧 优 先 于 扩 展 帧 这 一 途 径 得 以 解 决 的 ;IDE 位 （ 扩 展 格 式 ） ： IDE 的 全 称 是 “ 识 别 符 扩 展 位 （ Identifier Extension Bit） ” IDE 位 属 于 ：扩 展 格 式 的 仲 裁 场标 准 格 式 的 控 制 场标 准 格 式 里 的 IDE 位 为 “ 显 性 ” ， 而 扩 展 格 式 里 的 IDE 位 为 “ 隐 性 ” 。 三 一 智 能 控 制 场 :控 制 场 由 6 个 位 组 成 ， 包 括 数 据 长 度 代 码 和 两 个 将 来作 为 扩 展 用 的 保 留 位 。 所 发 送 的 保 留 位 必 须 为 “ 显 性 ” 。 接 收器 接 收 所 有 由 “ 显 性 ” 和 “ 隐 性 ” 组 合 在 一 起 的 位 。 数 据 长 度代 码 指 示 了 数 据 场 中 字 节 数 量 。 数 据 长 度 代 码 为 4 个 位 ， 在 控制 场 里 被 发 送 。 三 一 智 能数 据 长 度 代 码 中 数 据 字 节 数 的 编 码 (DATA LENGTH CODE)：缩 写 ： d“ 显 性 ” ， r“ 隐 性 ”数 据 帧 ： 允 许 的 数 据 字 节 数 ： 0,1,.,7,8。 其 他 的 数 值不 允 许 使 用 。 三 一 智 能数 据 场 :数 据 场 由 数 据 帧 中 的 发 送 数 据 组 成 。 它 可 以 为 0 8 个字 节 ， 每 字 节 包 含 了 8 个 位 ， 首 先 发 送 MSB;CRC 场 :CRC 场 包 括 CRC 序 列 （ CRC SEQUENCE） ， 其 后 是 CRC 界 定 符 （ CRC DELIMITER） ;帧 结 尾 :每 一 个 数 据 帧 和 远 程 帧 均 由 一 标 志 序 列 界 定 。 这 个 标志 序 列 由 7 个 “ 隐 性 ” 位 组 成 。 三 一 智 能应 答 场 :应 答 场 长 度 为 2 个 位 ， 包 含 应 答 间 隙 （ ACK SLOT） 和应 答 界 定 符 （ ACK DELIMITER） 。 在 应 答 场 里 ， 发 送 站 发 送 两 个“ 隐 性 ” 位 。 当 接 收 器 正 确 地 接 收 到 有 效 的 报 文 ， 接 收 器 就 会 在应 答 间 隙 （ ACK SLOT） 期 间 （ 发 送 ACK 信 号 ） 向 发 送 器 发 送 一 “显 性 ” 的 位 以 示 应 答 ; 三 一 智 能应 答 间 隙 ： 所 有 接 收 到 匹 配 CRC 序 列 （ CRC SEQUENCE） 的 站 会 在 应 答 间 隙（ ACK SLOT） 期 间 用 一 “ 显 性 ” 的 位 写 入 发 送 器 的 “ 隐 性 ” 位 来 作 出 回 答 。ACK 界 定 符 ： ACK 界 定 符 是 ACK 场 的 第 二 个 位 ， 并 且 是 一 个 必 须 为 “ 隐 性 ”的 位 。 因 此 ， 应 答 间 隙 （ ACK SLOT） 被 两 个 “ 隐 性 ” 的 位 所 包 围 ， 也 就 是CRC 界 定 符 （ CRC DELIMITER） 和 ACK 界 定 符 （ ACKDELIMITER） 。 三 一 智 能v波 特 率 和 距 离 的 关 系基本公式：Max Bit Rate MbpsMax Bus 60 在使用过程中建议使用下表所列出来的波特率，它们都是CIA协会公布的标准波特率。位速率/kbps最大距离/m1000 40500 130250 270125 530100 62050 130020 330010 67005 10000 三 一 智 能帧格式数据位数标准数据帧（8字节数据） 111标准远程帧 47扩展数据帧（8字节数据） 131扩展远程帧 67CAN数据帧，远程帧所占用的位长度为(含最短帧间隔3bits)：1M波特率时发送标准数据帧（8字节数据）：发送速度 1000000/111=9009帧每帧带8字节数据即 9009*8=72072字节 三 一 智 能v总线仲裁总 线 上 “ 显 性 ” 电 平 支 配 “ 隐 性 ” 电 平 ；逻 辑 “ 0” =“ 显 性 ” 电 平 ； 逻 辑 “ 1” =“ 隐 性 ” 电 平 。总 线 空 闲 时 ， 任 何 节 点 可 以 开 始 发 送 报 文 ；总 线 上 每 条 报 文 都 具 有 唯 一 的 一 个 11位 或 29位 标 识 符 ；报 文 标 识 符 的 值 越 小 ， 报 文 具 有 越 高 的 优 先 权 ；多 个 节 点 同 时 发 送 时 ， 总 线 在 “ 仲 裁 场 ” 进 行 “ 逐 位 仲裁 ” ；传 送 高 优 先 级 报 文 的 节 点 赢 得 仲 裁 ， 并 继 续 传 输 报 文 ；失 去 仲 裁 的 节 点 在 总 线 空 闲 时 重 新 传 送 。 三 一 智 能总线仲裁示意图ControlField Data FieldNODE1NODE2NODE3 SOF 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Identifier ControlField Data FieldNODE1、2、3 同时传送NODE2 退出仲裁NODE1 退出仲裁NODE3 赢得仲裁，传送报文 三 一 智 能v位流编码（Bit Coding）位 流 编 码 采 用 “ 不 归 零 ” （ NRZ） 方 法 编 码 ;在 完 整 的 位 时 间 里 ， 位 电 平 要 么 为 “ 显 性 ” ， 要 么 为 “ 隐性 ” ；有 足 够 的 跳 边 沿 利 于 总 线 各 节 点 重 新 同 步 ；要 求 采 取 “ 位 填 充 ” （ Bit Stuffing） 。 三 一 智 能标 准 数 据 帧CANL 波 形CANH 波 形位流编码实例 三 一 智 能v位填充（Bit Stuffing）当 发 送 器 检 测 到 位 流 里 有 5个 连 续 相 同 值 的 位 ， 便 会 自 动 在位 流 里 插 入 一 补 充 位 ， 接 收 器 会 自 动 删 除 这 个 补 充 位 。最 多 经 过 5个 位 时 间 ， 各 节 点 可 以 重 同 步 ；能 够 通 过 总 线 上 的 错 误 标 志 （ Error Flag 6个 连 续 相 同 的 位 ） 反映 发 送 错 误 。在 固 定 的 位 场 中 不 使 用 位 填 充 。 三 一 智 能位填充示意图要传送的位序列经过位填充后传送的位序列 三 一 智 能v错误检测机制进 行 检 测 错 误 ， 采 取 以 下 措 施 ：监 视 （ 对 发 送 位 的 电 平 与 被 监 控 的 总 线 电 平 进 行 比 较 ）循 环 冗 余 检 查位 填 充报 文 格 式 检 查 三 一 智 能 错 误 检 测 的 机 制 具 有 以 下 的 属 性 ：检 测 到 所 有 的 全 局 错 误检 测 到 发 送 器 所 有 的 局 部 错 误可 以 检 测 到 报 文 里 多 达 5 个 任 意 分 布 的 错 误检 测 到 报 文 里 长 度 低 于 15（ 位 ） 的 突 发 性 错 误检 测 到 报 文 里 任 一 奇 数 个 的 错 误 对 于 没 有 被 检 测 到 的 错 误 报 文 ， 其 剩 余 的 错 误 可 能 性 概 率 低于 ： 报 文 错 误 率 4.7*10-11 三 一 智 能 错 误 类 型位 错 误 （ Bit Error） ： 发 送 的 位 值 和 总 线 监 视 的 位 值 不 相 符 合 时 ，检 测 到 一 个 位 错 误 (除 仲 裁 场 、 应 答 场 外 )；填 充 错 误 （ Stuff Error） ： 如 果 在 使 用 位 填 充 编 码 的 位 流 中 ， 出 现了 第 六 个 连 续 相 同 的 位 电 平 ， 将 检 测 到 一 个 位 填 充 错 误 ；形 式 错 误 （ Form Error） ： 当 一 个 固 定 形 式 的 位 场 含 有 一 个 或 多 个非 法 位 时 ， 将 检 测 到 一 个 形 式 错 误 ；应 答 错 误 （ Acknowledgment Error ） ： 在 应 答 间 隙 （ ACK SLOT）所 监 视 的 位 不 为 “ 显 性 ” ， 则 会 检 测 到 一 个 应 答 错 误 ；CRC 错 误 （ CRC Error） ： 如 果 接 收 器 的 CRC结 果 和 发 送 器 的 CRC结 果不 同 ， 将 检 测 到 一 个 CRC错 误 。 三 一 智 能 总 线 单 元 使 用 两 种 错 误 计 数 器 进 行 故 障 界 定 发 送 错 误 计 数 (TEC) 接 收 错 误 计 数 (REC) 错 误 计 数 规 则 (共 12条 规 则 ) 节 点 发 送 时 产 生 错 误 ， 将 导 致 TEC加 8； 节 点 成 功 发 送 1帧 报 文 后 ， TEC将 减 1 ， 直 到 0 ； 节 点 接 收 时 检 测 到 错 误 ， 将 导 致 REC加 8； 节 点 成 功 接 收 1帧 报 文 后 ， REC将 减 1， 直 到 0； v故障界定 三 一 智 能 单 元 存 在 的 三 种 状 态错 误 主 动 (Error active)： “ 错 误 主 动 ” 的 单 元 可 以 正 常地 参 与 总 线 通 讯 ， 并 在 错 误 被 检 测 到 时 发 出 主 动 错 误 标 志 。错 误 被 动 (Error passive)： “ 错 误 被 动 ” 的 单 元 不 允 许 发送 主 动 错 误 标 志 。 “ 错 误 被 动 ” 的 单 元 参 与 总 线 通 讯 ， 在错 误 被 检 测 到 时 只 发 出 被 动 错 误 标 志 。 总 线 关 闭 (Bus off)： “ 总 线 关 闭 ” 的 单 元 不 允 许 在 总 线 上有 任 何 的 影 响 (比 如 ， 关 闭 输 出 驱 动 器 )。v单元状态 三 一 智 能 单 元 状 态 切 换 (1)辨 别 节 点 处 于 暂 时 错 误 和 永 久 性 故 障 ； 故 障 节 点 自 动 脱 离总 线 ， 防 止 网 络 锁 定 。 三 一 智 能TEC：发送错误计数器REC：接收错误计数器TEC128REC128TEC255TEC128REC“ 0” 的 沿 时 与 发 送 者 同 步 ； 同 步 位 流 ， 包 括 在 报 文 起 始 的 硬 同 步 、 在 报 文 传 送期 间 的 重 同 步 。v同步 三 一 智 能 硬 同 步 (Hard Syhchronization) 重 同 步 (Re-syhchronization ) 在 数 据 流 中 不 包 含 时 钟 ； 接 收 者 在 “ 1” =“ 0” 的 沿 时 与 发 送 者 同 步 ； 同 步 位 流 ， 包 括 在 报 文 起 始 的 硬 同 步 、 在 报 文 传 送期 间 的 重 同 步 。v同步 三 一 智 能由协议控制器完成通过硬同步或重同步来适配位定时参数。同步示意图SOFHardSynchronization Re-synchronization 三 一 智 能 三 一 智 能CAN总线波形(1)帧类型：数据帧帧格式：标准帧字节数：8波特率：250K ID = 0345数据：“12345678” 三 一 智 能vSOF与ID 三 一 智 能v错误帧帧类型：错误帧错误类型：错误主动 三 一 智 能