现场总线技术-第四章-CAN总线课件

第第1章章 现场总线概述现场总线概述工业数据通信与控制网络 第第4 4讲讲 CANCAN通信技术通信技术工业数据通信与控制网络第4讲CAN通信技第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN简介 CANController Area NetworkCANController Area Network是控制器局是控制器局域网的简称域网的简称它是德国它是德国BoschBosch公司在公司在19861986年为解决现代汽车年为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线发的一种串行数据通信总线现已被列入现已被列入ISOISO国际标准国际标准ISO11898ISO11898CAN简介CANControllerAreaNetw第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN简介 最初为汽车测控数据通信而设计的最初为汽车测控数据通信而设计的CAN CAN，现已在多领域被广泛采用现已在多领域被广泛采用航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业仓储等行业火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机床、智能传感器、过程自动械、数控机床、智能传感器、过程自动化仪表等化仪表等CAN简介最初为汽车测控数据通信而设计的CAN，现已第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN的主要技术特点CANCAN网络上的节点不分主从网络上的节点不分主从任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活他节点发送信息，通信方式灵活CANCAN采用非破坏性的总线仲裁技术采用非破坏性的总线仲裁技术(载波监听多载波监听多路访问、逐位仲裁路访问、逐位仲裁)CANCAN网络上的节点具有不同的优先级，网络上的节点具有不同的优先级，CAN的主要技术特点CAN网络上的节点不分主从第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN的主要技术特点 当多个节点同时向总线发送信息时，优先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地退出发送，而最高优级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间而节省了总线冲突的仲裁时间。可满足对实时性的不同要求可满足对实时性的不同要求高优先级的数据可在高优先级的数据可在134134微秒内得到传输微秒内得到传输CAN的主要技术特点当多个节点同时向总线发送信息时，优第第1章章 现场总线概述现场总线概述通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度调度”CANCAN的直接通信距离的直接通信距离最远可达最远可达10km10km（速率（速率5kbps5kbps以下）；以下）；通信速率最高可达通信速率最高可达1Mbps(1Mbps(此时通信距离最此时通信距离最长为长为40m40m）。）。通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN总总线线上上的的节节点点数数决决定定于于总总线线驱驱动动电电路路，一一般为可达般为可达110110个；个；报文标识符：报文标识符：CAN2.0ACAN2.0A为为20322032种种CAN2.0BCAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制扩展帧的报文标识符几乎不受限制CANCAN为为短短帧帧结结构构，传传输输时时间间短短，受受干干扰扰概概率率低低，具有极好的检错效果。具有极好的检错效果。CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为可达110个；第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN节点节点具有良好的检错功能，具有良好的检错功能，出错率低出错率低节点中均有错误检测、标定和自检能力。节点中均有错误检测、标定和自检能力。具具有有发发送送自自检检、循循环环冗冗余余校校验验、位位填填充充、报文格式检查等。报文格式检查等。CANCAN节节点点在在错错误误严严重重的的情情况况下下具具有有自自动动关关闭闭输输出出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。CAN节点具有良好的检错功能，出错率低第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN的的通通信信介介质质可可为为双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆或或光光纤纤，选择灵活。选择灵活。CANCAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式相当于未连接到总线驱动器相当于未连接到总线驱动器可降低系统功耗可降低系统功耗其其睡睡眠眠状状态态可可借借助助总总线线激激活活或或者者系系统统的的内内部部条件被唤醒。条件被唤醒。CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。第第1章章 现场总线概述现场总线概述 CAN通信技术 CANCAN的通信参考模型的通信参考模型 CAN CAN的通信模型的分层结构的通信模型的分层结构数据链路层数据链路层包括逻辑链路控制子层包括逻辑链路控制子层LLCLLCLLCLLC的主要功能是：为数据传送和远的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由程数据请求提供服务，确认由LLCLLC子子层接收的报文实际已被接收，并为恢层接收的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息复管理和通知超载提供信息 CAN通信技术CAN的通信参考模型第第1章章 现场总线概述现场总线概述 CAN通信技术 媒体访问控制子层媒体访问控制子层MACMACMACMAC子层主要规定传输规则，即控子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定出错标定和故障界定 物理层物理层物理层规定了节点的全部电气特性物理层规定了节点的全部电气特性 CAN通信技术第第1章章 现场总线概述现场总线概述数据链路层数据链路层 逻辑链路子层逻辑链路子层 接收滤波接收滤波 超载通知超载通知 恢复管理恢复管理 媒体访问控制子层媒体访问控制子层 数据封装数据封装/拆装拆装 帧编码（填充帧编码（填充/解除填充）解除填充）媒体访问管理媒体访问管理 错误监测错误监测 出错标定出错标定 应答应答 串行化串行化/解除串行化解除串行化 物理层物理层 位编码位编码/解码；位定时；同步；解码；位定时；同步；驱动器驱动器/接收器特性接收器特性 数据链路层逻辑链路子层物理层位编码/解码；位定时；同步；第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN节点的网络连接CAN节点的网络连接第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN总线信号的显位与隐位总线信号的显位与隐位显位显位(0)(0)V VCANHCANH：3.5v3.5vV VCANL 1 CANL 1 1.5v1.5v隐位隐位(1)(1)V VCANHCANH 2.5v 2.5vV VCANL CANL 2.5v2.5v显位可改显位可改写隐位写隐位CAN总线信号的显位与隐位显位(0)第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN通信帧的类型4 4种不同类型的帧种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧数据帧、远程帧、出错帧、超载帧数据帧携带数据，由发送器传送至接收器数据帧携带数据，由发送器传送至接收器远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数据帧识符的数据帧出错帧由检测出总线错误的单元发送出错帧由检测出总线错误的单元发送超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟CAN通信帧的类型4种不同类型的帧：第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN的帧结构 数据帧由数据帧由7 7个不同的位场（域）组成：个不同的位场（域）组成：帧起始帧起始、仲裁场、控制场、数据场、仲裁场、控制场、数据场、CRCCRC场、场、应答场、应答场、帧结束帧结束帧起始位（帧起始位（1 1个显位），表示标志帧的开始个显位），表示标志帧的开始中间有仲裁场、控制场、数据场、中间有仲裁场、控制场、数据场、CRCCRC场、应场、应答场答场帧结束（帧结束（7 7个隐位）个隐位）数据场长度可为零数据场长度可为零CAN的帧结构数据帧由7个不同的位场（域）组成：第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN数据帧的组成 CAN数据帧的组成第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN2.0A与CAN2.0BCAN2.0ACAN2.0A与与CAN2.0BCAN2.0B是是19911991年颁布的年颁布的CANCAN技术规范的两个技术规范的两个部分部分CAN2.0ACAN2.0A只有标准帧一种帧格式只有标准帧一种帧格式CAN2.0BCAN2.0B包括标准帧与扩展帧两种包括标准帧与扩展帧两种标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场标准帧具有标准帧具有1111位标识符位标识符扩展帧具有扩展帧具有2929位标识符位标识符CAN2.0A与CAN2.0BCAN2.0A与CAN2.0B第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN2.0A与CAN2.0B标准帧的仲裁场由标准帧的仲裁场由1111位标识符和远程发送请求位位标识符和远程发送请求位RTR(Remote Transmission Request)RTR(Remote Transmission Request)组成组成仲裁场的仲裁场的1111位标识符从高位到低位顺序发送，最低位标识符从高位到低位顺序发送，最低位为位为ID.0ID.0，最高位为，最高位为ID.10ID.10，其中的高，其中的高7 7位（位（ID.10ID.10ID.3ID.3）不能全为隐位。）不能全为隐位。远程发送请求位（远程发送请求位（RTRRTR）用于区分数据帧与远程帧）用于区分数据帧与远程帧在数据帧中在数据帧中RTRRTR位必须是显位位必须是显位在远程帧中在远程帧中RTRRTR位必须为隐位。位必须为隐位。CAN2.0A与CAN2.0B标准帧的仲裁场由11位标识符和第第1章章 现场总线概述现场总线概述扩展帧仲裁场的组成扩展帧仲裁场的组成2929位标识符位：位标识符位：ID.28ID.28至至ID.0ID.0远程请求替代位远程请求替代位SRR(Substitute Remote SRR(Substitute Remote Request)Request)：设置设置SRRSRR为保持扩展帧与标准帧的格式兼为保持扩展帧与标准帧的格式兼容容扩展帧中的扩展帧中的SRRSRR为隐位为隐位扩展帧仲裁场的组成第第1章章 现场总线概述现场总线概述标识扩展位标识扩展位IDE(Identifier IDE(Identifier Extension)Extension)：标识扩展位标识扩展位IDEIDE在标准帧中为显位在标准帧中为显位,在在扩展帧中为隐位扩展帧中为隐位远程发送请求位远程发送请求位RTRRTR组成组成标识扩展位IDE(IdentifierExtension第第1章章 现场总线概述现场总线概述控制场由控制场由6 6位组成位组成在扩展格式中控制场包括在扩展格式中控制场包括4 4位数据长度码位数据长度码DLCDLC和和2 2位保留位，位保留位，在标准格式中控制场包括在标准格式中控制场包括4 4位数据长度码位数据长度码DLCDLC、1 1位保留位、位保留位、1 1位标识扩展位位标识扩展位IDEIDE控制场由6位组成第第1章章 现场总线概述现场总线概述数据场包含被传送的数据，可包括数据场包含被传送的数据，可包括0-80-8个个8 8位位的字节，先发送最高有效位。的字节，先发送最高有效位。CRCCRC场：场：1515位的位的CRCCRC序列，序列，1 1个隐位的个隐位的CRCCRC界定界定符符应答场：应答场：2 2位位.1.1位应答间隙，位应答间隙，1 1位应答界定符位应答界定符发送器在应答间隙发送发送器在应答间隙发送1 1位隐位，接收器位隐位，接收器在正确接收到报文后在应答间隙发送在正确接收到报文后在应答间隙发送1 1位位显位。显位。应答界定符为隐位应答界定符为隐位数据场包含被传送的数据，可包括0-8个8位的字节，先发送最高第第1章章 现场总线概述现场总线概述远程帧远程帧由远程帧由6 6个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRCCRC场、应答场和帧结束。远程帧不存在数据场、应答场和帧结束。远程帧不存在数据场。场。远程帧的远程帧的RTRRTR位必须是隐位。位必须是隐位。远程帧帧起始仲裁场 控制场CRC场ACK场帧结束帧间空间或超载帧远程帧远程帧由6个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、第第1章章 现场总线概述现场总线概述出错帧出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的出错标志叠加得到，第二个场是出错界定站的出错标志叠加得到，第二个场是出错界定符符错误标志具有两种形式：错误标志具有两种形式：活动出错标志活动出错标志(Active error flag)(Active error flag)，由，由6 6个个连续的显位组成连续的显位组成认可出错标志认可出错标志(Passive error flag)(Passive error flag)，由，由6 6个个连续的隐位组成连续的隐位组成出错界定符包括出错界定符包括8 8个隐位个隐位出错帧出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的出错标志叠第第1章章 现场总线概述现场总线概述超载帧超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符超载标志由超载标志由6 6个显位组成个显位组成超载界定符由超载界定符由8 8个隐位组成个隐位组成发送超载帧的超载条件：发送超载帧的超载条件：接收器要求延迟下一个数据帧或远程帧接收器要求延迟下一个数据帧或远程帧超载帧超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符第第1章章 现场总线概述现场总线概述实现CAN通信控制的几种ASIC芯片CANCAN通信控制器通信控制器82C200:82C200:实现实现CAN2.0ACAN2.0A的标准格的标准格式通信帧的通信控制式通信帧的通信控制CANCAN通信控制器通信控制器SJA1000:SJA1000:实现实现CAN2.0BCAN2.0B的两种格的两种格式通信帧的通信控制式通信帧的通信控制带带CANCAN通信控制器与通信控制器与8 8位微控制器的位微控制器的P8XC592P8XC592带带CANCAN通信控制器与通信控制器与1616位微控制器的位微控制器的87C196CA/CB87C196CA/CB实现CAN通信控制的几种ASIC芯片CAN通信控制器82C2第第1章章 现场总线概述现场总线概述实现CAN通信控制的几种ASIC芯片带带3232位位ARM7 ARM7 处理器内核、可编程逻辑、存储处理器内核、可编程逻辑、存储子系统、子系统、CANCAN接口、以太网接口、接口、以太网接口、I/OI/O接口等接口等的片上系统的片上系统TA7VTA7V带带CANCAN通信控制器的通信控制器的CANCAN总线总线I/OI/O器件器件82C15082C150CANCAN总线收发接口器件总线收发接口器件82C25082C250实现CAN通信控制的几种ASIC芯片带32位ARM7处理器第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN通信控制器CANCAN通信控制器要实现通信控制器要实现CANCAN总线协议并具备与微总线协议并具备与微控制器的接口控制器的接口不同型号的不同型号的CANCAN总线通信控制器，其结构和总线通信控制器，其结构和功能大体相同；功能大体相同；与微控制器接口部分的结构及方式存在一些与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异差异由由CANCAN通信控制器芯片完成通信控制器芯片完成CANCAN总线协议中物理总线协议中物理层和数据链路层的所有功能层和数据链路层的所有功能CAN通信控制器CAN通信控制器要实现CAN总线协议并具备与第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN通信控制器应用层功能由微控制器完成应用层功能由微控制器完成芯片工作的温度范围为：芯片工作的温度范围为：4040125125，汽车及某些军用领域，汽车及某些军用领域，40408080，一般工业领域，一般工业领域CAN通信控制器应用层功能由微控制器完成第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN通信控制器通信控制器82C20082C200的功能框图的功能框图82C20082C200实现实现CAN2.0ACAN2.0A协议协议CAN通信控制器82C200的功能框图82C200实现CA第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN通信控制器通信控制器SJA1000SJA1000SJA1000 SJA1000 实现实现CAN2.0BCAN2.0B协议协议SJA1000CANSJA1000CAN通信控制器由以下几部分构成通信控制器由以下几部分构成:接接口口管管理理逻逻辑辑IML:IML:它它接接收收微微处处理理器器的的命命令令,控控制制寄寄存存器器的的地地址址,并并为为微微处处理理器器提提供供中中断断和和状状态信息。态信息。发发送送缓缓冲冲器器TXB:TXB:它它是是和和位位流流处处理理器器（）之之间间的的接接口口,有有字字节节长长。能能存存储储一一条条将将在在总总线线上上发发送送的的完完整整报报文文。报报文文由由写入写入,由位流处理器读出。由位流处理器读出。CAN通信控制器SJA1000SJA1000实现CAN2.第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN通信控制器通信控制器SJA1000SJA1000接收缓冲器（接收缓冲器（,）:是是和接收滤波器之间的接口和接收滤波器之间的接口,用来存用来存储从总线收到并接收的报文。接收储从总线收到并接收的报文。接收缓冲器缓冲器FIFOFIFO共字节长。其中有字共字节长。其中有字节的窗口可供访问。在处理节的窗口可供访问。在处理一个报文的同时，由这个继续接一个报文的同时，由这个继续接收其它正在到来的报文收其它正在到来的报文 CAN通信控制器SJA1000接收缓冲器（,第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN通信控制器通信控制器SJA1000(SJA1000(续）续）接收滤波器接收滤波器ACF:ACF:接收滤波器把收到的报文标识接收滤波器把收到的报文标识符和接收滤波寄存器中的内容进行比较符和接收滤波寄存器中的内容进行比较,以判以判断该报文是否被接收。如果判断结果是肯定断该报文是否被接收。如果判断结果是肯定的的,则报文被存入。则报文被存入。位流处理器位流处理器BSP:BSP:位流处理器控制发送缓冲器位流处理器控制发送缓冲器和总线之间数据序列和总线之间数据序列,同时它也同时它也执行错误检测、仲裁、位填充和总线执行错误检测、仲裁、位填充和总线错误处理功能。错误处理功能。CAN通信控制器SJA1000(续）接收滤波器ACF:接收第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN通信控制器SJA1000(续）位定时逻辑位定时逻辑BTL:BTLBTL:BTL监视总线上的串行序列，监视总线上的串行序列，处理与处理与CANCAN总线相关的位时间，按收到的报文总线相关的位时间，按收到的报文头与总线上的位流同步。头与总线上的位流同步。BTLBTL还为补偿还为补偿传输迟延时间和相位跳变提供可编程的时间传输迟延时间和相位跳变提供可编程的时间段。段。错误管理逻辑错误管理逻辑EML:EML:它按照协议完成错误它按照协议完成错误界定。它接受来自界定。它接受来自BSPBSP的出错通知，并向的出错通知，并向BSPBSP和和IMLIML提供出错统计提供出错统计 CAN通信控制器SJA1000(续）位定时逻辑BTL:BT第第1章章 现场总线概述现场总线概述SJA1000功能框图SJA1000功能框图第第1章章 现场总线概述现场总线概述出错处理功能的增强仲裁丢失捕捉寄存器（）：仲裁丢失捕捉寄存器（）：以找到丢失仲裁位的位置以找到丢失仲裁位的位置出错代码捕捉寄存器（）：出错代码捕捉寄存器（）：分析总线错误类型和位置分析总线错误类型和位置出错警告限寄存器（）：出错警告限寄存器（）：定义出错警告极限值定义出错警告极限值接收出错计数寄存器（）接收出错计数寄存器（）发送出错计数寄存器（）发送出错计数寄存器（）记录发送和接收时出现的错误个数等。记录发送和接收时出现的错误个数等。可根据从这可根据从这两个寄存器读取的错误个数来判断目前控两个寄存器读取的错误个数来判断目前控制器的出错状态。制器的出错状态。出错处理功能的增强仲裁丢失捕捉寄存器（）：第第1章章 现场总线概述现场总线概述出错中断：出错中断：出出错错中中断断源源:总总线线出出错错中中断断、错错误误警警告告限限中中断断(可可编编程程设设置置)和和被被动动出出错错中中断断。由由中中断断允允许许寄寄存存器器()区区分分出出以以上上各各中中断断,也也可可直直接接从从中中断断寄寄存存器器()中中直直接接读读取取中中断断寄寄存存器的状态来判断出错类型。器的状态来判断出错类型。出错中断：第第1章章 现场总线概述现场总线概述出错代码捕捉寄存器出错代码捕捉寄存器()：当总线发生错误时当总线发生错误时,产生相应的出错产生相应的出错中断中断,同时，把对应的错误类型和产生位置同时，把对应的错误类型和产生位置写入出错代码捕捉寄存器写入出错代码捕捉寄存器(相对地址相对地址为为12)12)。这个代码一直保存到被主控制器读。这个代码一直保存到被主控制器读取出来后取出来后,ECC,ECC才重新被激活工作，捕捉下一才重新被激活工作，捕捉下一个错误代码。个错误代码。可以从可以从ECCECC读取的数据来分析属于何种错误以读取的数据来分析属于何种错误以及错误产生的位置，从而为调试工作提供了及错误产生的位置，从而为调试工作提供了方便。方便。出错代码捕捉寄存器()：第第1章章 现场总线概述现场总线概述SJA1000的应用电路 SJA1000SJA1000与以下芯片或电路组合，构成与以下芯片或电路组合，构成CANCAN应用节点应用节点微控制器微控制器CPUCPU总线收发器总线收发器晶振、电源、复位电路晶振、电源、复位电路其它测量控制电路其它测量控制电路SJA1000的应用电路SJA1000与以下芯片或电路组合第第1章章 现场总线概述现场总线概述SJA1000的应用电路SJA1000的应用电路第第1章章 现场总线概述现场总线概述其它与CAN通信相关的器件INTEL 82527CANINTEL 82527CAN通信控制器，支持通信控制器，支持CAN 2.0BCAN 2.0B规范规范带带CANCAN通信控制器的通信控制器的8 8位微控制器位微控制器P8XC592P8XC592具有微控制器具有微控制器P8XC552P8XC552和和CANCAN通信控制器通信控制器82C20082C200的功能组合的功能组合带带CANCAN通信控制器的通信控制器的1616位微控制器位微控制器87C196CA/CB87C196CA/CBP51XA-C3P51XA-C3CANCAN总线收发接口器件总线收发接口器件82C25082C250CANCAN总线总线I/OI/O器件器件82C15082C150其它与CAN通信相关的器件INTEL82527CAN通信控第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线收发接口器件82C25082C25082C250是是CANCAN通信控制器与物理总线之间的接通信控制器与物理总线之间的接口，器件可以提供对总线的差动发送和接收口，器件可以提供对总线的差动发送和接收功能。功能。82C25082C250的主要特性如下：的主要特性如下：与与ISO/DIS 11898ISO/DIS 11898标准全兼容标准全兼容高速性（最高可达高速性（最高可达1Mbps1Mbps）具有抗汽车环境下瞬间干扰的能力具有抗汽车环境下瞬间干扰的能力降低射频干扰的斜率控制降低射频干扰的斜率控制CAN总线收发接口器件82C25082C250是CAN通信控第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线收发接口器件82C250热保护热保护总线与电源及地之间的短路保护总线与电源及地之间的短路保护低电流待机方式低电流待机方式掉电自动关闭输出掉电自动关闭输出可支持多达可支持多达110110个节点相连接个节点相连接CAN总线收发接口器件82C250热保护第第1章章 现场总线概述现场总线概述对于对于CANCAN控制器及带有控制器及带有CANCAN总线接口的器件，总线接口的器件，82C25082C250并不是必须使用的器件，因为多并不是必须使用的器件，因为多数数CANCAN控制器均具有配置灵活的收发接口控制器均具有配置灵活的收发接口并允许总线故障，只是驱动能力一般只并允许总线故障，只是驱动能力一般只允许允许20203030个节点连接在一条总线上。个节点连接在一条总线上。而而82C25082C250支持多达支持多达110110个节点，并能以个节点，并能以1Mbps1Mbps的速率工作于恶劣电气环境的速率工作于恶劣电气环境对于CAN控制器及带有CAN总线接口的器件，82C250并不第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线I/O器件82C15082C15082C150是一种具有是一种具有CANCAN总线接口的模拟和数字总线接口的模拟和数字I/OI/O器件，可用于传感器、执行器接口。主器件，可用于传感器、执行器接口。主要功能包括：要功能包括：CAN CAN接口功能和接口功能和I/OI/O功能功能 CAN CAN接口功能接口功能 符合具有严格的位定时的符合具有严格的位定时的CANCAN技术规范技术规范2.0A2.0A和和2.0B2.0B 全集成内部时钟振荡器（不需要晶振），全集成内部时钟振荡器（不需要晶振），位速率为位速率为20K125Kbit/s20K125Kbit/s具有位速率自动检测和校正功能具有位速率自动检测和校正功能CAN总线I/O器件82C150第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线I/O器件82C150由由4 4个可编程标识符位，在一个个可编程标识符位，在一个CANCAN总线系统总线系统上最多可连接上最多可连接1616个个82C15082C150支持总线故障自动恢复支持总线故障自动恢复具有通过具有通过CANCAN总线唤醒功能的睡眠方式总线唤醒功能的睡眠方式 带有带有CANCAN总线差分输入比较器和输出驱动器总线差分输入比较器和输出驱动器CAN总线I/O器件82C150由4个可编程标识符位，在一个第第1章章 现场总线概述现场总线概述I/OI/O功能功能1616条可配置的数字及模拟条可配置的数字及模拟I/OI/O口线口线每条每条I/OI/O口线均可单独配置，包括口线均可单独配置，包括I/OI/O方向，方向，口模式和输入跳变的检测功能口模式和输入跳变的检测功能在用作数字输入时，可设置为由输入端变化在用作数字输入时，可设置为由输入端变化引起引起CANCAN报文自动发送报文自动发送两个分辨率为两个分辨率为1010位的准模拟量（分配脉冲调位的准模拟量（分配脉冲调制制PDMPDM）输出）输出具有具有6 6路模拟输入通道的路模拟输入通道的1010位位A/DA/D转换器转换器两个通用比较器两个通用比较器I/O功能第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线I/O器件82C150的应用TOPFETTOPFETM电机灯模拟传感器开关量CAN总线I/O器件82C150的应用TOPFETTOPFE第第1章章 现场总线概述现场总线概述可配置片上系统TA7V05 TA7VTA7V是一个完整的是一个完整的3232位现场可配置片上系统，位现场可配置片上系统，集成了广泛流行的集成了广泛流行的3232位位ARM7 ARM7 处理器内核、可处理器内核、可编程逻辑、存储子系统和专用内部总线编程逻辑、存储子系统和专用内部总线 适合于工业现场和控制领域的应用适合于工业现场和控制领域的应用 具备功能丰富的具备功能丰富的FastChipFastChip开发套件，为开发、开发套件，为开发、设计人员提供一个灵活的可配置平台，能快设计人员提供一个灵活的可配置平台，能快速地开发出自定制的嵌入式应用系统速地开发出自定制的嵌入式应用系统可配置片上系统TA7V05TA7V是一个完整的32位现场可第第1章章 现场总线概述现场总线概述TA7V的主要性能高性能、低功耗的高性能、低功耗的3232位位ARM7ARM7处理器处理器支持实时操作系统，可实现源码级调试。支持实时操作系统，可实现源码级调试。集成了集成了10/100M10/100M以太网以太网为为发发送送接接收收内内建建了了2KB 2KB FIFOFIFO缓缓存存，支支持持3 3个个以上以上MACMAC地址地址集成了集成了CAN2.0BCAN2.0B控制器控制器带带有有优优先先级级仲仲裁裁，1616个个接接收收缓缓冲冲器器，8 8个发送报文存储器。个发送报文存储器。报文滤波支持报文滤波支持DeviceNetDeviceNet和和CanOPENCanOPEN协议协议TA7V的主要性能高性能、低功耗的32位ARM7处理器第第1章章 现场总线概述现场总线概述集成了集成了USB1.1USB1.1控制器控制器支持最高速率为支持最高速率为12M12M的通用串行总线的通用串行总线2 2个个UARTUART通通用用异异步步收收发发接接口口，可可配配置置成成RS-232RS-232、RS-485RS-485等通信接口等通信接口相相当当于于64006400个个FPGAFPGA门门阵阵列列的的可可配配置置系系统统逻逻辑辑（CSL CSL Configurable Configurable System System LogicLogic）矩矩阵阵；支支持持标标准准逻逻辑辑设设计计工工具具，可可实实现现快快速速加加法法器器、乘乘法法器器、逻逻辑辑运运算算、计计数数器器等等专专用用电电路路集成了USB1.1控制器第第1章章 现场总线概述现场总线概述32KB32KB内内部部高高速速暂暂存存SRAMSRAM、8KB8KB混混合合指指令令/数数据据缓缓存存，支支持持外外部部EEPROMEEPROM、FlashFlash、SDRAMSDRAM内内存子系统，支持存子系统，支持JTAGJTAG接口实时调试功能接口实时调试功能8 8通通道道1010位位ADCADC，多多功功能能定定时时器器阵阵列列（Multi-Multi-Function Function Timer Timer ArrayArray），丰丰富富的的可可编编程程PIOPIO接口接口32KB内部高速暂存SRAM、8KB混合指令/数据缓存，支持第第1章章 现场总线概述现场总线概述FastChip 配套开发工具配套开发工具FastChipFastChip中包括中包括TriscendTriscend软模块库软模块库 可直接在可直接在FastChipFastChip编辑界面上配置这些软模块，编辑界面上配置这些软模块，实现不同功能的灵活设计，系统开发的可靠性高。实现不同功能的灵活设计，系统开发的可靠性高。允许设计人员导入利用第三方工具生成的用户自允许设计人员导入利用第三方工具生成的用户自定义的网表文件，作为定义的网表文件，作为FastChipFastChip的新模块，用于的新模块，用于系统配置系统配置 TA7V05TA7V05支持支持Red HatRed Hat、uCLinuxuCLinux和和uC/OSuC/OS等嵌入式操等嵌入式操作系统作系统用户可根据系统开发的需要和特点，选择适当用户可根据系统开发的需要和特点，选择适当的操作系统的操作系统,编写应用程序并下载到开发板上编写应用程序并下载到开发板上 FastChip配套开发工具FastChip中包括Tris第第1章章 现场总线概述现场总线概述TA7V的工业总线“网关”功能 由于由于TA7VTA7V配备了配备了UARTUART、USB1.1USB1.1、CAN2.0BCAN2.0B、以太网、以太网等广泛流行的工业总线标准接口，可根据实际要等广泛流行的工业总线标准接口，可根据实际要求在短时期内实现自定制的以太网桥，为工业控求在短时期内实现自定制的以太网桥，为工业控制设备的制设备的InternetInternet接入提供了方便可行的解决方接入提供了方便可行的解决方案，案，利用利用TA7VTA7V自带的设备驱动程序和丰富的自带的设备驱动程序和丰富的APIAPI函数可函数可以缩短应用开发周期。以缩短应用开发周期。该款芯片可以作为工业总线互联、工业总线接入该款芯片可以作为工业总线互联、工业总线接入InternetInternet的的“网关网关”，可作为嵌入式网关的芯片，可作为嵌入式网关的芯片TA7V的工业总线“网关”功能由于TA7V配备了UART、第第1章章 现场总线概述现场总线概述利用片上可编程利用片上可编程PIOPIO通道、通道、ADCADC通道，实现离散、通道，实现离散、模拟参数的输入、输出模拟参数的输入、输出还可以利用系统内部的还可以利用系统内部的CSLCSL逻辑和片上资源实现逻辑和片上资源实现电机驱动、电机驱动、PLCPLC和和PIDPID等复杂的控制功能，可作等复杂的控制功能，可作为工业控制现场的主控制器和网络连接设备的为工业控制现场的主控制器和网络连接设备的核心芯片核心芯片。利用片上可编程PIO通道、ADC通道，实现离散、模拟参数的输第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN总线上测控数据的远程监控 CAN总线上测控数据的远程监控第第1章章 现场总线概述现场总线概述CANCAN网段上的测控节点通过网段上的测控节点通过TA7VTA7V上的上的CAN2.0BCAN2.0B接接口与片上系统交换数据，存入口与片上系统交换数据，存入TA7VTA7V的内存或的内存或相应的变量中相应的变量中TA7TA7内存中测控数据可打包为以太网帧，再通过内存中测控数据可打包为以太网帧，再通过TA7VTA7V上的以太网接口发送到以太网上上的以太网接口发送到以太网上这里的这里的TA7VTA7V并不是严格意义上的网关，只是不并不是严格意义上的网关，只是不同协议网段间的数据转发通道。同协议网段间的数据转发通道。通过数据交换的通过数据交换的B/SB/S（浏览器（浏览器/服务器）模式，服务器）模式，用户不必亲临现场就可以对现场的用户不必亲临现场就可以对现场的CANCAN总线数总线数据进行监控，达到了远程监控的目的。据进行监控，达到了远程监控的目的。CAN网段上的测控节点通过TA7V上的CAN2.0B接口与片第第1章章 现场总线概述现场总线概述在在ARM7ARM7处理器中植入处理器中植入uCLinuxuCLinux操作系统，而操作系统，而uCLinuxuCLinux支持支持Web Web 功能，其功能，其Boa Web ServerBoa Web Server是一个单任务的是一个单任务的HTTPHTTP服务器，可实现动态服务器，可实现动态Web Web 用户通过提交表单的方式发出用户通过提交表单的方式发出HTMLHTML请求，服请求，服务器端接收此请求后执行相应的务器端接收此请求后执行相应的CGICGI程序，程序，根据用户的表单请求进行数据存取处理，根据用户的表单请求进行数据存取处理，并生成动态并生成动态HTMLHTML文件加载这些数据信息，文件加载这些数据信息，并返回给浏览器，完成一次信息交互并返回给浏览器，完成一次信息交互 在ARM7处理器中植入uCLinux操作系统，而uCLinu第第1章章 现场总线概述现场总线概述用户只需编写服务器端的相关用户只需编写服务器端的相关CGICGI程序，对程序，对uCLinux uCLinux 内核和应用程序重新编译后，把内核和应用程序重新编译后，把映像文件下载到映像文件下载到FlashFlash存储器，就可以实现存储器，就可以实现嵌入式系统的嵌入式系统的WebWeb服务功能。服务功能。利用利用TA7V05TA7V05片上系统的嵌入式片上系统的嵌入式WebWeb方式，可以方式，可以很方便地实现以太网和很方便地实现以太网和CANCAN总线的互联，并总线的互联，并具有体积小、可靠性高、易于增加其他控具有体积小、可靠性高、易于增加其他控制功能的优点，是制功能的优点，是CANCAN总线实现远程监控的总线实现远程监控的理想解决方案。理想解决方案。用户只需编写服务器端的相关CGI程序，对uCLinux内核第第1章章 现场总线概述现场总线概述TA7VTA7V有功能强大的逻辑功能模块；丰富的有功能强大的逻辑功能模块；丰富的I/OI/O接口可实现电机驱动、仪表设备等功接口可实现电机驱动、仪表设备等功能，还具有多种工业总线接口，在工业控能，还具有多种工业总线接口，在工业控制领域具有良好的应用前景。制领域具有良好的应用前景。工业现场设备的网络化和智能化是技术发展工业现场设备的网络化和智能化是技术发展的必然趋势的必然趋势 ，以片上系统为代表的嵌入，以片上系统为代表的嵌入式系统将在工业控制中发挥更大的作用式系统将在工业控制中发挥更大的作用 现场总线技术-第四章-CAN总线课件第第1章章 现场总线概述现场总线概述车身控制器硬件设计车身控制器设计要求车身控制器设计要求功能要求：如车身部件的正常工作、数功能要求：如车身部件的正常工作、数据通信、提供诊断信息据通信、提供诊断信息 工程要求：如工作温度、防干扰性、尺工程要求：如工作温度、防干扰性、尺寸要求、耐磨性等寸要求、耐磨性等客户的特定要求：如对电源、微处理器、客户的特定要求：如对电源、微处理器、输入输出点定义输入输出点定义 车身控制器硬件设计车身控制器设计要求第第1章章 现场总线概述现场总线概述看门狗电源复位32位ARM7CPU存储单元A7V片上系统车身车身控制器控制器437数字信号模拟信号PIOADC模块DI模块AI模块传感器/开关RS232UART系统系统标定标定JTAGPC机PIOMCU配置配置+3.3V+5V+12V电压调电压调理模块理模块SPILCD显示CAN控制器CAN收发器CAN121613PIOPIOPIO大功率DO模块大功率DO模块大功率DO模块照明、空调大功率设备状态指示等中功率设备仪表盘等小功率设备看门狗电源复位32位ARM7存储单元A7V片上系统车身控制器第第1章章 现场总线概述现场总线概述车身控制节点的数据通信车辆启动时的自检车辆启动时的自检中央控制单元向各个模块发送自检命令，中央控制单元向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息。通过分并收集各个模块的返回信息。通过分析处理，及时发现和解决问题。析处理，及时发现和解决问题。周期性数据刷新周期性数据刷新控制器单元可以定期向功能模块采集车控制器单元可以定期向功能模块采集车门是否关闭、车锁是否上锁、车窗的门是否关闭、车锁是否上锁、车窗的停止位置、座椅的电机状态、室内温停止位置、座椅的电机状态、室内温度、通风状态等状态信息。度、通风状态等状态信息。车身控制节点的数据通信车辆启动时的自检第第1章章 现场总线概述现场总线概述车身控制节点的数据通信运行过程中监视运行过程中监视监视总线上报文帧的收发情况，如发现总线异监视总线上报文帧的收发情况，如发现总线异常，自动作出紧急处理，给驾驶人员发出报常，自动作出紧急处理，给驾驶人员发出报警等。警等。CANCAN采用的非破坏性总线仲裁技术，本质上属于采用的非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信方式以事件触发的通信方式其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本上保证数据的实时传输上保证数据的实时传输车身控制节点的数据通信运行过程中监视第第1章章 现场总线概述现场总线概述CAN通信的时间触发（Time Triggered communication由时间触发的通信协议，其网络调度具有由时间触发的通信协议，其网络调度具有确定性、实时性确定性、实时性为满足汽车控制网络数据通信的实时性要为满足汽车控制网络数据通信的实时性要求而开发了如求而开发了如TTCANTTCAN、FTTCANFTTCAN等等能及时传送控制网络的各种数据能及时传送控制网络的各种数据CAN通信的时间触发（TimeTriggeredcom第第1章章 现场总线概述现场总线概述TT-CAN（Time Triggered communication on CAN）TT-CANTT-CAN是对是对CANCAN扩展而形成的实时控制协议扩展而形成的实时控制协议在在CANCAN的物理层和数据链路层上添加了一个会话层的物理层和数据链路层上添加了一个会话层TT-CANTT-CAN已被国际标准化组织接收为已被国际标准化组织接收为ISO11898-4ISO11898-4规范规范ISO11898-4ISO11898-4规定了两种规定了两种TT-CANTT-CAN：基于时间主节点（基于时间主节点（Time masterTime master）的时间触发）的时间触发CANCAN协协议。议。建立全局同步时基（建立全局同步时基（Time baseTime base）的时间触发）的时间触发CANCAN协协议。议。TT-CAN（TimeTriggeredcommun第第1章章 现场总线概述现场总线概述现场总线技术-第四章-CAN总线课件第第1章章 现场总线概述现场总线概述FTT-CAN(Flexible TT-CAN)FTT-CANFTT-CAN的最大特点是可根据需求在线修改网络策略的最大特点是可根据需求在线修改网络策略适合于子系统之间异步访问总线的应用场合适合于子系统之间异步访问总线的应用场合用于导航控制、用于导航控制、ABSABS等。等。FTT-CANFTT-CAN的通信特点的通信特点采用单主多从结构采用单主多从结构由主节点同步系统时钟由主节点同步系统时钟总线时间由无限循环的基本周期组成总线时间由无限循环的基本周期组成每个基本周期起点发送表示基本周期开始的每个基本周期起点发送表示基本周期开始的触发报文（触发报文（Trigger messageTrigger message）FTT-CAN(FlexibleTT-CAN)FTT-C第第1章章 现场总线概述现场总线概述FTT-CAN(Flexible TT-CAN)基本周期分为同步报文窗口和异步报文窗口，基本周期分为同步报文窗口和异步报文窗口，同步报文窗口用于传输周期性报文；同步报文窗口用于传输周期性报文；同步报文的数据域中包括有触发通信的调度同步报文的数据域中包括有触发通信的调度信息，如同步窗口的起始时刻点、在此周信息，如同步窗口的起始时刻点、在此周期里需要传输的报文等。期里需要传输的报文等。在基本周期异步报文窗口用于传输非周期性在基本周期异步报文窗口用于传输非周期性报文，用于传输报警、诊断等非实时性的报文，用于传输报警、诊断等非实时性的信息。信息。FTT-CANFTT-CAN采用面向基本周期、而非面向每个报文的方式采用面向基本周期、而非面向每个报文的方式FTT-CAN(FlexibleTT-CAN)基本周期分第第1章章 现场总线概述现场总线概述TTP/C（Time Triggered Protocol）TTPTTP是时间触发协议的缩写，是时间触发协议的缩写，C C代表代表SAESAE的网络级的网络级别别Class CClass C。TTP/CTTP/C属于实时、容错、确定性的协议，采用基属于实时、容错、确定性的协议，采用基于时分多路访问（于时分多路访问（TDMATDMA）的总线访问方式。）的总线访问方式。即所有总线活动基于事先规定的时刻点进行。即所有总线活动基于事先规定的时刻点进行。因此，每个节点需要准确的全局时间基准，因此，每个节点需要准确的全局时间基准，而且而且TTP/CTTP/C通信协议能提供容错的时钟同步。通信协议能提供容错的时钟同步。TTP/C（TimeTriggeredProtocol）第第1章章 现场总线概述现场总线概述TTP/C（Time Triggered Protocol）在在TDMATDMA总线访问中，每个通信控制器在时间轴总线访问中，每个通信控制器在时间轴上将分配到属于自己的时隙（上将分配到属于自己的时隙（Time slotTime slot），），用于传输自己的报文。事先规定好每个报文用于传输自己的报文。事先规定好每个报文的传输时刻点。总线上的所有节点知道某一的传输时刻点。总线上的所有节点知道某一节点发送报文的时刻点。通过比较事先规定节点发送报文的时刻点。通过比较事先规定好的报文接收时刻点和实际接收时刻，接收好的报文接收时刻点和实际接收时刻，接收报文的节点可以简单地进行时钟同步的校正。报文的节点可以简单地进行时钟同步的校正。并可以预测每个报文的最大传输延迟时间，并可以预测每个报文的最大传输延迟时间，保证高实时性通信的要求。保证高实时性通信的要求。TTP/C（TimeTriggeredProtocol）第第1章章 现场总线概述现场总线概述ByteFlightByteFlightByteFlight是宝马公司发布的总线标准，主要是宝马公司发布的总线标准，主要应用于安全气囊、安全带等高性能汽车控制应用于安全气囊、安全带等高性能汽车控制领域和一些航空领域。领域和一些航空领域。ByteFlightByteFlight的数据通信采用的数据通信采用FTDMAFTDMA柔性时分多柔性时分多路访问（路访问（Flexible Time Division Flexible Time Division Multiple AccessMultiple Access）的媒体访问方式。一个）的媒体访问方式。一个同步主控制器周期性地发送同步脉冲，网络同步主控制器周期性地发送同步脉冲，网络上的其他节点基于此脉冲同步本地时钟。连上的其他节点基于此脉冲同步本地时钟。连续两个同步脉冲之间的时间间隔是一个周期续两个同步脉冲之间的时间间隔是一个周期时间（时间（Cycle timeCycle time），每个周期时间为），每个周期时间为250s250s。ByteFlightByteFlight是宝马公司发布的总线第第1章章 现场总线概述现场总线概述ByteFlightByteFlightByteFlight根据报文实时性要求的高低把报文根据报文实时性要求的高低把报文分为两种。一种是实时性要求高、每个周期分为两种。一种是实时性要求高、每个周期都需要发送的都需要发送的“同步同步”报文。另一种是对报文。另一种是对实时性要求低、非周期性发送的实时性要求低、非周期性发送的“同步同步”和和“异步异步”报文。每个周期被划分为若干时报文。每个周期被划分为若干时隙，先前的一部分时隙用于传输隙，先前的一部分时隙用于传输“同步同步”报报文，剩余时隙用于传输所谓低优先级的文，剩余时隙用于传输所谓低优先级的“异异步步“报文。各时隙按报文的优先级大小排队。报文。各时隙按报文的优先级大小排队。图图4.294.29表示了这种表示了这种FTDMAFTDMA通信调度的周期与通信调度的周期与时隙。时隙。ByteFlightByteFlight根据报文实时性要求的第第1章章 现场总线概述现场总线概述 几种几种CANCAN协议的性能比较协议的性能比较协议种类协议种类拓扑拓扑传输介质传输介质传输速传输速率率(bps)(bps)数据域数据域大小大小B B冗余冗余事件触发事件触发流量流量灵活性灵活性TT-CANTT-CAN总线总线双绞线双绞线1M1M8 8无无高高中等中等FTT-CANFTT-CAN总线总线双绞线双绞线1M1M8 8有有高高高高TTP/CTTP/C总线、星型总线、星型双绞线双绞线,光纤光纤2M/2M/2525M M240240有有低低差差ByteFlighByteFlight t星型星型塑料光纤塑料光纤10M10M1212有有中等中等中等中等FlexRayFlexRay总线、星型总线、星型双绞线双绞线,光纤光纤10M10M246246有有中等中等中等中等几种CAN协议的性能比较拓扑传输介质传输速率(bps)数第第1章章 现场总线概述现场总线概述汽车内部网络的解决方案（Motorola）汽车内部网络的解决方案（