can總線基本概念

CAN  是Controller Area Network  的縮寫(xiě)（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制 系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的 數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國(guó)電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN  通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN總線使用總結(jié)

一，can總線是由德國(guó)BOSCH公司提出，目的是為了解決汽車內(nèi)部硬件信號(hào)線的復(fù)雜走線

二，CAN：controller area area：控制器局域網(wǎng)絡(luò)

三，can總線的特點(diǎn)：

        與一般的通信總線相比，ＣＡＮ總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。

　?。保珻AN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從

　　２，ＣＡＮ節(jié)節(jié)點(diǎn)只需通過(guò)對(duì)報(bào)文的標(biāo)志符進(jìn)行濾波就可以方便的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等

幾種傳送接收方式；

　　３，ＣＡＮ總線采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高

的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間。尤其是在負(fù)載很重的情況下，也不

會(huì)出現(xiàn)癱瘓情況（以太網(wǎng)則可能）。

　　４，在報(bào)文標(biāo)識(shí)符上，ＣＡＮ上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)

最多可在１３４us內(nèi)得到傳輸；

　?。?，ＣＡＮ的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)１０ＫＭ（速率在５kbps以下），通信速率最高可達(dá)１Ｍbps，　

（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為４０m）；

　　６，ＣＡＮ上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)１１０個(gè)；

　?。?，報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；

　?。?，ＣＡＮ的每幀信息都在ＣＲＣ校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果；

　?。梗茫粒蔚耐ㄐ沤橘|(zhì)為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；

　?。保?，ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響；

　?。保?，ＣＡＮ總線具有較高的性價(jià)比。

四，can總線的系統(tǒng)構(gòu)成及數(shù)據(jù)傳輸原理

   （一），系統(tǒng)構(gòu)成

         1，CAN控制器：接收來(lái)自微控制器的數(shù)據(jù)，并處理發(fā)送給收發(fā)器，同時(shí)，也接收來(lái)自收發(fā)器的數(shù)據(jù)，處理傳給微控制器。

        2，CAN收發(fā)器：總線驅(qū)動(dòng)

四，can總線的的通信協(xié)議

（一），網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

              可分為三個(gè)層：目標(biāo)層，傳送層，物理層，如下圖所示

              物理層：規(guī)定了信號(hào)的傳輸過(guò)程中的電氣特性（如傳輸方式及傳輸介質(zhì)）及信號(hào)特性；

              傳送層：幀組織，總線仲裁，錯(cuò)誤檢測(cè)等；

              目標(biāo)層：信息識(shí)別，為應(yīng)用層提供接口；

其上述分層按iso/osi也可以分為兩層：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層（即目標(biāo)層和傳送層）。

（二），位表達(dá)

CAN協(xié)議中有兩種邏輯位表達(dá)方式

1. 當(dāng)總線線上發(fā)送的都是弱位時(shí)，總線的狀態(tài)就是弱位（邏輯1）；

2.當(dāng)總線上有強(qiáng)位出現(xiàn)時(shí)，弱位信號(hào)讓位于強(qiáng)位信號(hào)，即總線上顯示強(qiáng)位信號(hào)（邏輯0）；

（三），幀類型

1. 數(shù)據(jù)幀：傳送數(shù)據(jù)，攜帶數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)如下圖(標(biāo)準(zhǔn)格式)所示。

數(shù)據(jù)幀由7種不同的位域組成：起始域，仲裁域，控制域，數(shù)據(jù)據(jù)域，CRC域，應(yīng)答域，幀結(jié)束域。

        起始域：表示數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的開(kāi)始，它由一個(gè)強(qiáng)位組成，主要用于接收狀態(tài)下的CAN控制器的硬同

步。

        仲裁域：由信息標(biāo)志符及RTR位組成，當(dāng)多個(gè)CAN控制器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在仲裁域要進(jìn)行面向位的

沖突仲裁。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)格式里，標(biāo)志符由11位組成，用于提供信息地址和優(yōu)先級(jí)，其發(fā)送的順序?yàn)镮D28~ID18

（注：高7位不允許均為弱的現(xiàn)象）；對(duì)于擴(kuò)展格式，仲裁域由１１位的基本ＩＤ（ID28~ID18）和１８位

的擴(kuò)展ＩＤ（ＩＤ１７~ＩＤ０）組成，格式與標(biāo)準(zhǔn)格式略有不同，詳見(jiàn)書(shū)Ｐ２５。ＲＴＲ為：遠(yuǎn)地請(qǐng)求發(fā)

送位，數(shù)據(jù)幀里為顯性，遠(yuǎn)程幀里為隱性。當(dāng)can總線上接收節(jié)點(diǎn)想請(qǐng)求某節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)

送一遠(yuǎn)程幀，用標(biāo)志符指出節(jié)點(diǎn)地址，同時(shí)置RTR位為高。如果尋址節(jié)點(diǎn)立即發(fā)送數(shù)據(jù)，則使用相同的標(biāo)

志符，總線不會(huì)產(chǎn)生沖突，因?yàn)榇藭r(shí)數(shù)據(jù)幀的RTR位為低（數(shù)據(jù)強(qiáng)位）。在擴(kuò)展幀里ＳＲＲ位取代了RTR

位。

       控制域：由6個(gè)位組成，包括2個(gè)保留位（IDE，ro）用于CAN協(xié)議擴(kuò)展，4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼，允許數(shù)據(jù)的

長(zhǎng)度值為0~8。

       數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)按照長(zhǎng)度碼指示的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行發(fā)送，接收的數(shù)據(jù)同樣如此，第一個(gè)字節(jié)的最高有

效位第一個(gè)被發(fā)送/接收。

       循環(huán)冗余校驗(yàn)域（CRC）：由CRC序列位（15位）和一個(gè)CRC邊界符（1個(gè)弱位）組成。CRC的范圍

包括起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC序列。之所以選用這種幀校驗(yàn)方式，因?yàn)椋哼@種CRC碼對(duì)于

少于127位的幀最佳。

        應(yīng)答域：應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)送的兩位弱位組成（應(yīng)答空隙和應(yīng)答分界位），當(dāng)接收器正確地接收到有

效的報(bào)文時(shí)，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙期間（發(fā)送ＡＣＫ信號(hào)）向發(fā)送器發(fā)送一顯性位以示應(yīng)答。因此發(fā)送節(jié)

點(diǎn)一直監(jiān)測(cè)總線信號(hào)以確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)正確接收到發(fā)信息。應(yīng)答分界位是應(yīng)答域中的第二個(gè)弱

位，有此可見(jiàn)，應(yīng)答空隙兩邊有兩個(gè)弱位：CRC分界位和應(yīng)答分界位。

       幀結(jié)束域：每一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀一串7位的弱位幀結(jié)束域結(jié)束。

2. 遠(yuǎn)程幀：請(qǐng)求數(shù)據(jù)

遠(yuǎn)程幀由6個(gè)域組成：起始域、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域、幀結(jié)束域。

遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀不同之處在于：RTR位為高，無(wú)數(shù)據(jù)域。

3. 錯(cuò)誤指示幀：用于指示傳送過(guò)程中的錯(cuò)誤信息

     錯(cuò)誤指示幀由兩個(gè)不同的域組成：第一個(gè)域反映來(lái)自控制器的錯(cuò)誤標(biāo)志，第二個(gè)域?yàn)殄e(cuò)誤分界符。

            錯(cuò)誤標(biāo)志：有兩種，一個(gè)由6個(gè)強(qiáng)位組成的主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志；另一個(gè)由6個(gè)弱位組成的被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，

它是被其他CAN控制器強(qiáng)位改寫(xiě)。 處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的CAN節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，該錯(cuò)誤標(biāo)

志不滿足位填充規(guī)則，或者是破壞應(yīng)答域或結(jié)束域固定格式，所有其他節(jié)點(diǎn)都檢測(cè)到錯(cuò)誤狀態(tài)，并發(fā)出該錯(cuò)

誤標(biāo)志。因此，這些從總線上監(jiān)測(cè)到的強(qiáng)位串是不同節(jié)點(diǎn)發(fā)出錯(cuò)誤標(biāo)志的結(jié)果，這一標(biāo)志最短為6個(gè)，最長(zhǎng)

為12個(gè)。被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（不太理解。。。后續(xù)）

          錯(cuò)誤分界：它由8個(gè)弱位組成，與過(guò)載分界有相同的格式，當(dāng)錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)生后，每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)

總線，直到檢測(cè)到一個(gè)強(qiáng)位出現(xiàn)，這表明所有CAN節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成錯(cuò)誤標(biāo)志的發(fā)送，并開(kāi)始發(fā)送8個(gè)弱位的分

界符，之后網(wǎng)絡(luò)上的主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)便可同時(shí)開(kāi)始其他的發(fā)送。如果數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀在發(fā)送過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤

后，當(dāng)前的信息作廢，并啟動(dòng)重新發(fā)送。如果CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤指示幀錯(cuò)誤，則重發(fā)，當(dāng)連續(xù)多次出現(xiàn)此錯(cuò)

誤時(shí)，則相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)變?yōu)楸粍?dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。為正確結(jié)束錯(cuò)誤標(biāo)志，被動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)需要至少3個(gè)位周期。

4. 過(guò)載幀：用于后續(xù)幀的延時(shí)

過(guò)載幀由兩個(gè)域組成：過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載分界。

以下情況可以導(dǎo)致過(guò)載幀發(fā)送：

                                    （1）. 接收未準(zhǔn)備好即接收方需要過(guò)多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)；

                                     （2）.在幀間空隙的第一位或第二位發(fā)現(xiàn)顯性位信號(hào)；

過(guò)載幀發(fā)送條件：

                                    （1）.在幀間空隙域的第一個(gè)位周期；

                                     （2）.在幀間空隙域中檢測(cè)到強(qiáng)位信號(hào)一個(gè)位周期后，方可啟動(dòng)過(guò)載幀發(fā)送。

過(guò)載標(biāo)志：由6個(gè)顯性位組成，與錯(cuò)誤標(biāo)志格式相同，當(dāng)超載標(biāo)志發(fā)生后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)總線狀態(tài)，當(dāng)發(fā)

現(xiàn)線上有弱位后，此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)已完成超載標(biāo)志的發(fā)送，并開(kāi)始發(fā)8個(gè)弱位串；

過(guò)載分界符：由8個(gè)隱性位組成，與錯(cuò)誤分界符格式相同；

英飛凌（infineon）單片機(jī)ＸＣ８００之ＣＡＮ總線

    CAN內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)，如下圖所示

一，CAN處理機(jī)制

     發(fā)送：根據(jù)報(bào)文緩存中的報(bào)文對(duì)象，由位流處理器產(chǎn)生的通過(guò)can總線發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和過(guò)程幀，即從報(bào)

文緩存中取出的報(bào)文對(duì)象，位流處理器給它加上起始域，結(jié)束域和CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，組成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀

和遠(yuǎn)程幀，此時(shí)位流控制器還在對(duì)總線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，就啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送，傳送過(guò)程中監(jiān)測(cè)

總線的信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與傳送的信息不相符時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“最近錯(cuò)誤”中斷請(qǐng)求。

    接收：數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀通過(guò)總結(jié)接口，到CAN節(jié)點(diǎn)，位流控制器對(duì)其進(jìn)行CRC域進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的

一致性，當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“最近錯(cuò)誤”中斷請(qǐng)求，并產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤幀，發(fā)送到總線上。對(duì)一個(gè)無(wú)

錯(cuò)誤的幀，位流處理器將它分解成數(shù)據(jù)部分和標(biāo)識(shí)符部分，列表控制器將其以鏈表的形式存儲(chǔ)于報(bào)文緩存

中，執(zhí)行遠(yuǎn)程幀或數(shù)據(jù)幀處理。

    在上述數(shù)據(jù)傳送和處理過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些狀態(tài)字，指示操作完成或出現(xiàn)錯(cuò)誤，這些狀態(tài)字或引發(fā)中

斷，進(jìn)行中斷處理。

二，從上述結(jié)構(gòu)框圖可以看出，主要包括：CAN節(jié)點(diǎn)，報(bào)文控制器，中斷處理單元

（一），CAN節(jié)點(diǎn)

（1），位流控制器（Bitstream Prosessor）

        主要任務(wù)：處理數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀，同時(shí)還進(jìn)行串行數(shù)據(jù)流與輸入/輸出寄存器之間

轉(zhuǎn)換工作（Perdiv data frame ,remote frame ,error frame and overload,conversion thd seiral data

stream and the input/output register)。

      詳述：位流控制器：對(duì)于發(fā)送：根據(jù)報(bào)文緩存中的報(bào)文對(duì)象，由位流處理器產(chǎn)生通過(guò)ＣＡＮ總線的數(shù)據(jù)

幀和遠(yuǎn)程幀。該的控制器控制ＣＲＣ產(chǎn)生器，且給新的遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀加上校驗(yàn)和信息。在加入‘幀起始

位’和‘幀

結(jié)束域’之后，位流處理器開(kāi)始ＣＡＮ總線仲裁過(guò)程，且當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)連續(xù)進(jìn)行幀發(fā)送。進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送

的同時(shí)，位流控制器連續(xù)地監(jiān)測(cè)I/Ｏ線的的電平和發(fā)送移位寄存器當(dāng)前送出位的邏輯狀態(tài)之間檢測(cè)到失配，

產(chǎn)生一個(gè)‘最近錯(cuò)誤’中斷請(qǐng)求，錯(cuò)誤碼由位域ＮSRX.LEC給出。

　　　　　對(duì)于接收：通過(guò)驗(yàn)證ＣＲＣ相關(guān)域，確定接收到的幀是否有問(wèn)題，或有問(wèn)題，產(chǎn)生一個(gè)‘最近錯(cuò)

誤’中斷請(qǐng)求，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤幀，并發(fā)送到總線上。若接收的幀無(wú)錯(cuò)誤，將接收到的幀分解成標(biāo)志符和

數(shù)據(jù)部分，并將接收到的信息傳給報(bào)文緩存，執(zhí)行遠(yuǎn)程幀或數(shù)據(jù)幀處理，中斷產(chǎn)生和狀態(tài)處理。

（2），位時(shí)序單元（Bit timing unit）

       考慮到傳播延遲和相移，根據(jù)用戶設(shè)置確定采樣點(diǎn)和位時(shí)間長(zhǎng)度，同時(shí)也處理再同步操作（define a

length of a bit time and the location of the sample point according to the user settings,takeing into

accout propration delays and phase shift errors and re-sychronization).

（3），錯(cuò)誤處理單元（error handling unit）

          對(duì)發(fā)送和接收過(guò)程中錯(cuò)誤進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到一定時(shí)，進(jìn)入不同的錯(cuò)誤指示狀態(tài)：錯(cuò)誤激活，錯(cuò)

誤認(rèn)可，關(guān)閉總線。

（4），節(jié)點(diǎn)控制單元（Node control unit）

        A, 使能/禁止節(jié)點(diǎn)的傳送

        B, 使能/禁止可引發(fā)中斷的特定節(jié)點(diǎn)事件

         C 幀計(jì)數(shù)管理

（5），中斷控制單元（interrupt control unit）

       控制CAN產(chǎn)生的不同類型的事件的中斷

（二），報(bào)文控制器

（三），列表控制器

（四），中斷處理單元