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文檔簡介

1、端電阻(起吸收反射波、高頻抗干擾的作用)oCAN 總線技術(shù)學習(一) CAN 總線是控制器局域網(wǎng)絡 (Controller Area Network,CAN) 的簡 稱,是德國 BOSCH 公司開發(fā),是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一, CAN 總 線已成為汽車計算機和嵌入式工控局域網(wǎng)標準總線。為了全面了解 CAN 總線,需要先對其有個整體的概念,這中間還有一個小 故事,一個應屆畢業(yè)生到公司去應聘,負責招聘的經(jīng)理問他: “你會哪方面的技 術(shù)?”,畢業(yè)生說:“我會 CAN 總線”,經(jīng)理疑惑的問: “你會看什么總線?” 。 那么什么是 CAN 總線呢?1、首先 CAN 總線是一種串行總線, 不是并行

2、的, 是用來傳輸電子數(shù)據(jù) 的,就像串口總線、 USB 總線、以太網(wǎng)一樣;2、CAN 總線是半雙工傳輸模式,發(fā)的時候不能收,收的時候不能發(fā);3、CAN 總線使用雙線傳輸,一根定義為 CAN_H, 一根定義為 CAN_L, 使用差分信號傳輸(差分信號就是通過計算兩線壓差) ;4、CAN 總線的波特率最高可達 1Mbps ,傳輸距離最遠 10 公里,傳輸 波特率和傳輸距離成反比,波特率越高有效傳輸距離越短;5、組網(wǎng)時總線兩端 CAN_H 和 CAN_L 之間要分別連接一個 120 歐的終那么 CAN 總線有什么優(yōu)勢呢?1、CAN 總線作為現(xiàn)場總線只有兩根傳輸線,比以太網(wǎng)組網(wǎng)簡單,成本 也低很多,在不

3、需要大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)脑O備通訊上有相當?shù)膬?yōu)勢;2、CAN 總線使用差分信號和屏蔽線傳輸,抗干擾能力強,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn) 定,因為在某點有干擾時兩根信號會被同步干擾,不會影響信號傳輸?shù)男畔ⅲ?、CAN 總線波特率最高可達 1Mbps ,傳輸速率相對串口快很多,同 時總線協(xié)議中加入 CRC 校驗,相對于串口的奇偶校驗,數(shù)據(jù)安全性強;4、CAN 總線使用差分雙線傳輸,易于組網(wǎng),布線簡單;5、CAN 總線通訊不分主從,網(wǎng)絡上每個設備都可以主動發(fā)送數(shù)據(jù);6、CAN 總線協(xié)議應用非破壞性逐位仲裁機制,即通過發(fā)送幀的幀 ID 的大小作為優(yōu)先級判斷網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)發(fā)送沖突, 優(yōu)先級高的信息發(fā)送, 優(yōu)先級低的 數(shù)據(jù)停止發(fā)送,極

4、大提供總線的利用率;7、CAN 總線協(xié)議設置對發(fā)送的自動重發(fā)機制,當發(fā)送監(jiān)測到發(fā)送沖突 時,停止發(fā)送,等總線空閑后自動重發(fā);8、通過設置總線控制器中驗收寄存器和屏蔽寄存器,可以使節(jié)點在硬件層允許接收某些幀或屏蔽接收某些無用幀,節(jié)約單片機 ECU 接收和判斷處理的時間。綜上所述,CAN總線在設計成本、傳輸速率、傳輸穩(wěn)定性、傳輸安全性、易于組網(wǎng)以及總線協(xié)議完善設計方面的優(yōu)勢, 使其在現(xiàn)代汽車、工控局域網(wǎng)絡領(lǐng) 域得到廣泛的應用。CAN總線既然作為一種現(xiàn)場總線,用途就是在不同設備間傳輸數(shù)據(jù),基本的邏輯框圖如圖1所示:主控制器接口管理lig輯發(fā)發(fā)迸接赍接受控制器檢心塊總 線 收 發(fā) 器圖1 CAN總線邏

5、輯框圖CAN總線通訊主要包括:主控制器(一般為單片機)、CAN總線控制器(圖 例為SJA1000 ,方框中為一個芯片器件)和收發(fā)器,主控制器初始化設置CAN總線控制器工作,CAN總線控制器為主要 CAN總線邏輯器件,負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為總線協(xié)議串行信號和將收發(fā)器接收到的信號轉(zhuǎn)換為有效數(shù)據(jù),并屏蔽無效數(shù)據(jù),監(jiān)測故障錯誤并報告,收發(fā)器將 CAN總線收發(fā)信號轉(zhuǎn)換成半雙工 CAN總 線差分信號。有的單片機將 CAN控制器芯片功能集成在單片機中,如富士通 MB90340 系列、STM32f10x 系列等。CAN總線組網(wǎng)的邏輯框圖如圖2所示:如圖所示,多個CAN總線節(jié)點通過差分信號連接到 CAN總線網(wǎng)絡上,

6、網(wǎng) 絡兩端(CAN_H和CAN_L之間)分別連接一個120歐姆的終端電阻(吸收反 射波,抗干擾)。各節(jié)點不分主從,都可以主動向總線上發(fā)送 CAN信息,也可 以設置CAN控制器的驗收屏蔽寄存器有選擇的接收總線上的信息。圖2 CAN總線網(wǎng)絡框圖CAN總線技術(shù)學習(二)CAN總線信息以幀的形式傳輸,每個幀包括多個段:起始位SOF、仲裁段、 控制段、數(shù)據(jù)段、CRC校驗、確認位、結(jié)束位等,各個段依次串行被傳輸?shù)娇?線上。起始位、CRC校驗、確認位和結(jié)束位由控制器硬件自動生成,軟件可以 配置仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段的內(nèi)容。每個 CAN幀最多發(fā)送數(shù)據(jù)段長度為8個 字節(jié)即64位。CAN總線協(xié)議有兩種:CAN2.

7、0A 和CAN2.0B協(xié)議,CAN2.0A 支持幀ID 為11位的標準幀,CAN2.0B協(xié)議支持幀ID為11位的標準幀和幀ID為29位 的擴展幀,如圖1和圖2所示。4Y-忡觀罷12住程壤充為I前蛙的型大績艮度+ CRC分隔將一5F際識骨R TRIPEDLCCRCIACKE0F11111110-61151£a7付填充 b*潛-H圖1 CAN標準幀BA AN擴展幀格式位涼充圖2 CAN擴展幀F(xiàn)面解釋幾個CAN總線問題:位填充:上述圖中都提到位填充的問題,即當發(fā)送的一幀 CAN信息中出現(xiàn) 連續(xù)5個相同位時,控制器會自動填充一個相反的位進去,控制器接收一幀CAN 信息時發(fā)現(xiàn)5個相同的位,也會

8、自動把其后的一個翻轉(zhuǎn)位去掉。 那么可能我們會 問為什么要做這種看似無用的操作呢?因為 CAN總線通訊屬于異步通訊,雖然 通訊雙方約定設定相同的波特率通訊,但是每一位( bit)的寬度也不可能絕對相同,多個相同的位累積起來可能出現(xiàn)較大的誤差, 造成接收信息出錯, 那么如 何解決這個問題呢? CAN 協(xié)議中規(guī)定在位跳轉(zhuǎn)時要做同步補償,那么這樣可以 消除多個位累積造成的錯誤,但是如果 CAN 幀信息連續(xù)出現(xiàn)多個 0 或 1 ,接收 方?jīng)]辦法監(jiān)測到翻轉(zhuǎn)位,不能做出正確的補償,可能導致發(fā)送方發(fā)了10 位 0,接收方監(jiān)測出 11 個 0 出來的情況出現(xiàn), 所以當發(fā)送方連續(xù)發(fā)送 5 個 0 時,要位 填充一

9、個 1 進去,然后再發(fā)送下面的位,而接收方接收到 5 個 0 后接收到下面 的 1 可以做出相應的同步補償,同時要丟棄這個填充位。按照 CAN 協(xié)議規(guī)定如 果在 CAN 信息中接收到連續(xù) 6 個以上的相同位被認為是錯誤信息, CAN 控制 器錯誤計數(shù)加 1 。CAN協(xié)議:如上圖所示,標準幀標識符(幀ID)有11位,擴展幀標識符 (幀ID )有29位,CAN2.0B協(xié)議也兼容CAN2.0A協(xié)議,可以同時識別標準 幀和擴展幀。標準幀和擴展幀的區(qū)別在于 IDE 位, IDE 為 0 時表示標準幀, IDE 為 1 時表示擴展幀。CAN信號:CAN總線使用一對差分信號通訊,即 CAN_H和CAN_L,

10、通過 識別它們的壓差獲取 0 或 1 的信息,上電后兩個信號對地都會有一定的電壓, 即V_CANH和V_CANL,通過判斷V_CANH-V_CANL識別信息,總線信號分 為顯性(壓差為1V以上,也即數(shù)字0)和隱性(壓差小于0.5V,也即數(shù)字1 )。 一般在沒有數(shù)據(jù)通訊時 V_CANH和V_CANL都為2.5V,所以CAN總線默認為 沒有壓差(隱性,數(shù)字1),當有起始位SOF (數(shù)字0,顯性)時每個網(wǎng)絡上的 節(jié)點都能監(jiān)測到,準備接收信息,如圖 3 所示- can h伸哎的屯; 在ait狀葫時達兩帚罐釣電戌坤育的2 5和電罕)ecwHxwti的電用璽的1 5V圖3 CAN總線電壓示意圖逐位仲裁機制

11、:CAN節(jié)點發(fā)送的信息都會被自己接收并判斷。當CAN總線上兩個節(jié)點同時發(fā)送 CAN信息時,CAN節(jié)點也會比較自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和接 收的數(shù)據(jù)是否一致,由于CAN信號有顯性(數(shù)字0,壓差大于1V)和隱性(數(shù) 據(jù)1,壓差小于0.5V)兩種,當一個節(jié)點發(fā)送0而另一個節(jié)點發(fā)送1時,總線 表現(xiàn)為顯性0,那么發(fā)送1的節(jié)點監(jiān)測到后知道發(fā)送總線沖突,自動退出發(fā)送, 所以可以看出,CAN總線信息小的優(yōu)先級高。通過這種方式可以實現(xiàn)非破壞性 逐位仲裁,優(yōu)先級高的節(jié)點正常發(fā)送,不受任何影響。CAN總線技術(shù)學習(三)CAN控制器比較通用的是SJA1000T,收發(fā)器使用比較多的是TAJ1050或 82C250,學習CAN總線

12、首先需要準備一塊開發(fā)板,現(xiàn)在CAN總線開發(fā)板很多, 一般都是單片機帶CAN控制器和收發(fā)器的方式。各種接口的CAN設備也很多,USB接口、PCI接口,智能非智能的很多種,相對而言,廣州周立功的產(chǎn)品種類多,軟件兼容性高,可以參考使用學習CAN軟件開發(fā),首先就是要熟悉 CAN控制器的寄存器配置,不同的CAN 控制器寄存器不同,如何設置也不同,市面上通用的就是SJA1000T的控制器,芯片中文資料可在網(wǎng)上下載,網(wǎng)上也有很多軟件例程,學習起來相對容易。對于 一些集成CAN控制器的單片機來說,CAN寄存器控制一般都不同,總體來說 主要包括三部分:初始化、接收(中斷)、發(fā)送,流程圖分別如圖1、2、3所示。圖1 CAN初始化流程圖2 CAN發(fā)送數(shù)據(jù)流程關(guān)CAN屮斷|N已錄盤職砒;MTi門似識刖討:柬源爐一品和Ww; :33;飛-開CAN中斷p圖3中斷接收流程對于CAN總線控制器初始化,

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