CAN20协议规范(个人修改版)

传递价值 成就你我,http:/,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,致远电子,Version 1.20版,2006年5月,CAN-bus 2.0A/B标准,CAN-bus简介,CAN-bus主要特性,CAN-bus标准,ISO/OSI网络模型,帧格式,帧类型,总线仲裁,位流编码,目录,位填充,错误检测机制,错误类型,故障界定,单元状态,振荡器容差,位定时,同步,控制器局域网CANController 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。,作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、本钱合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus逐步被广泛应用到各种控制领域。,1991年9月，Philips半导体公司制定并发布CAN技术标准：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO组织正式公布CAN国际标准 ISO11898。,CAN-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。,CAN-bus简介,多主结构依据优先权进行总线访问,无破坏性的基于优先权的逐位仲裁,借助验收滤波器的多地址帧传递,远程数据请求,全系统数据相容性,错误检测和出错信令,很远的数据传输距离长达10Km,高速的数据传输速率高达1Mbps,高度实时性：每帧报文允许传输最高8个字节的数据,发送期间丧失仲裁或出错而遭到破坏的帧可自动重发,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,脱离总线的节点不影响总线的正常工作,CAN-bus主要特性,CAN-bus 标准 Version 2.0 ,CAN2.0A ：CAN标准报文格式,CAN2.0B ：CAN标准报文格式和扩展报文格式,ISO11898-1/2/3/4 国际标准,CAN-bus 技术标准的目的,定义数据链路层,定义CAN协议在周围各层中所发挥的作用,CAN-bus 标准,ISO/OSI,网络,模型,LLC：逻辑链路控制子层,MAC：媒体访问控制子层,Logical Link Control (LLC),- Acceptance Filtering,- Overload Notification,- Recover Management,Medium Access Control (MAC),- Data Encapsulation/Decapsulation,- Frame Coding (stuffing/destuffing),- Error Detection/Signaling,- Serialization/Deserialization,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data Link Layer,Physical Layer,OSI Reference Layers,Physical Signaling (PLS),- Bit Encoding/Decoding,- Bit Timing/Synchronization,Physical Medium Attachment (PMA),- Driver/Receiver Characteristics,Medium Dependent Interface (MDI),- Connectors,ISO/OSI网络模型表述,二种不同的CAN帧格式,CAN标准2.0B中引入第二种报文格式,标准帧和扩展帧,具有11位标识符的CAN帧称为：标准帧,具有29位标识符的CAN帧称为：扩展帧,CAN控制器必须完全支持标准帧(收/发),CAN控制器必须支持接收扩展帧,帧格式,数据帧,从发送节点向其它节点发送数据,远程帧,向其它节点请求发送具有同一识别符的数据帧,错误帧,指明已检测到总线错误,过载帧,过载帧用以在数据帧或远程帧之间提供一附加的延时,帧类型,数据帧组成,帧起始Start of Frame,仲裁场Arbitration Frame,控制场Control Frame,数据场Data Frame,CRC场CRC Frame,应答场ACK Frame,帧结尾End of Frame,数据场的长度可以为0,允许DLC8 (*见协议实现指南),数据帧,标准数据帧结构,RTR=0,Message ID 寻址举例,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。,总线仲裁Bus Arbitration,总线仲裁示意图,Arbitration Field,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。,位流编码Bit Coding,帧间空间,通过帧间空间Interframe Spacing隔离数据帧或远程帧与先行帧；,帧间空间的组成：,3个隐性(“1)的间歇场 INTER MISSION ,长度不限的总线空闲位场 BUS IDLE ,错误被动节点发出的挂起传送场SUSPEND TRANSMISSION,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。,位填充Bit Stuffing,位填充示意图,扩展数据帧结构,RTR=0,RTR=0,扩展数据帧,标准数据帧,标准帧格式：具有11位标识符；,扩展帧格式：具有29位标识符；,两种帧格式的区别通过“控制场Control Frame中的“识别符扩展位IDE bit来实现；,两种帧格式可出现在同一总线上。,扩展数据帧,也有二种，标准远程帧、扩展远程帧；,除了没有数据域(Data Frame)，以及RTR位是隐性(“1)以外，与数据帧完全一样。,远程帧,扩展远程帧,RTR=1,当节点检测到一个或多个由CAN标准所定义的错误时产生。,由于错误叠加，最终表现在CAN-bus的 Error Flag会有6-12bits不等。,错误帧,有三种情况会发送过载帧： 1、上次接收的数据未被CPU读取就已经被再次滤波进来的CAN数据改写，接收的数据帧结束后马上发出。 2、CAN节点检测到帧间隔的第一位或第二位为显性位，在检测到显性位后马上发出。 3、CAN节点采样到错误帧的错误界定场或过载帧的过载界定场有显性位，在检测到显性位后马上发出。,过载帧,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,错误检测机制,CAN能够检测出如下类型错误,位错误Bit Error,填充错误Stuff Error,形式错误 Form Error,应答错误 Acknowledgment Error ,CRC 错误CRC Error,未检测报文错误率低于 4.7 * 10-11,错误检测机制,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)；,错误类型,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；,错误类型,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；,错误类型,应答错误 Acknowledgment Error ：在应答间隙ACK SLOT所监视的位不为“显性，那么会检测到一个应答错误；,错误类型,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。,错误类型,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),错误计数规那么(共12条规那么),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；,故障界定,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 (比方，关闭输出驱动器)。,单元状态,区分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。,错误主动 错误被动 总线关闭,单元状态切换(1),TEC：发送错误计数 REC：接收错误计数,单元状态切换(2),CAN 物理层差动共模信号,优点：极强的抗干扰能力,信号传输介质：双绞线,差动共模信号实例,标准数据帧,CANL 波形,CANH 波形,由于给定的最大振荡器容差为1.58%，因此凭经验可将陶瓷谐振器使用在传输率高达125 kbps的应用里。,有关更多准确的评估，请参考：,Dais, S; Chapman, M;,“Impact of Bit Representation on Transport Capacity and Clock Accuracy in Serial Data Streams,SAE Technical Paper Series 890532, Multiplexing in Automobiles SP-773 March 1989,为了满足CAN协议的整个总线速度范围，需要使用晶振。,具有最高振荡准确度要求的芯片，决定了其他节点的振荡准确度。,振荡器容差,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。,同步,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,CAN-bus技术网站,:/,CAN-bus技术讨论园地,CAN-bus效劳邮箱,Reference,谢谢！,