CAN2.0協(xié)議規(guī)范(個(gè)人修改版)

1、Version 1.20版2006年5月CAN-bus 2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)CAN-bus簡(jiǎn)介CAN-bus主要特性CAN-bus標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型幀格式幀類型總線仲裁位流編碼目錄位填充錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制錯(cuò)誤類型故障界定單元狀態(tài)振蕩器容差位定時(shí)同步控制器局域網(wǎng)CANController Area Network，最初是由德國Bosch公司設(shè)計(jì)的，應(yīng)用于汽車的監(jiān)測(cè)和控制。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、本錢合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus逐步被廣泛應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域。1991年9月，Philips半導(dǎo)體公司制定并發(fā)布CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO組

2、織正式公布CAN國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898。CAN-bus是唯一成為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，也是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN-bus簡(jiǎn)介多主結(jié)構(gòu)依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的逐位仲裁借助驗(yàn)收濾波器的多地址幀傳遞遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信令很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離長達(dá)10Km高速的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Mbps高度實(shí)時(shí)性：每幀報(bào)文允許傳輸最高8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送期間喪失仲裁或出錯(cuò)而遭到破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離脫離總線的節(jié)點(diǎn)不影響總線的正常工作CAN-bus主要特性CAN-bus 標(biāo)準(zhǔn) Version 2.0 CAN2.0A

3、：CAN標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式CAN2.0B ：CAN標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式和擴(kuò)展報(bào)文格式ISO11898-1/2/3/4 國際標(biāo)準(zhǔn)CAN-bus 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目的定義數(shù)據(jù)鏈路層定義CAN協(xié)議在周圍各層中所發(fā)揮的作用 CAN-bus 標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型LLC：邏輯鏈路控制子層MAC：媒體訪問控制子層Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover ManagementMedium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation

4、- Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/DeserializationApplicationPresentationSessionTransportNetworkData Link LayerPhysical LayerOSI Reference LayersPhysical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/SynchronizationPhysical Medium Attachment (PMA)

5、 - Driver/Receiver CharacteristicsMedium Dependent Interface (MDI) - ConnectorsISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型表述二種不同的CAN幀格式CAN標(biāo)準(zhǔn)2.0B中引入第二種報(bào)文格式標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀具有11位標(biāo)識(shí)符的CAN幀稱為：標(biāo)準(zhǔn)幀具有29位標(biāo)識(shí)符的CAN幀稱為：擴(kuò)展幀CAN控制器必須完全支持標(biāo)準(zhǔn)幀(收/發(fā))CAN控制器必須支持接收擴(kuò)展幀幀格式數(shù)據(jù)幀從發(fā)送節(jié)點(diǎn)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程幀向其它節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀 錯(cuò)誤幀指明已檢測(cè)到總線錯(cuò)誤過載幀過載幀用以在數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間提供一附加的延時(shí) 幀類型數(shù)據(jù)幀組成幀起始Sta

6、rt of Frame仲裁場(chǎng)Arbitration Frame控制場(chǎng)Control Frame數(shù)據(jù)場(chǎng)Data FrameCRC場(chǎng)CRC Frame應(yīng)答場(chǎng)ACK Frame幀結(jié)尾End of Frame數(shù)據(jù)場(chǎng)的長度可以為0 允許DLC8 (*見協(xié)議實(shí)現(xiàn)指南)數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)RTR=0Message ID 尋址舉例總線上“顯性電平支配“隱性電平；邏輯“0 =“顯性 電平； 邏輯“1 =“隱性電平?？偩€空閑時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)可以開始發(fā)送報(bào)文；總線上每條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11位或29位標(biāo)識(shí)符；報(bào)文標(biāo)識(shí)符的值越小，報(bào)文具有越高的優(yōu)先權(quán)；多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)，總線在“仲裁場(chǎng)進(jìn)行“逐位仲裁 ；傳送高優(yōu)先級(jí)報(bào)文

7、的節(jié)點(diǎn)贏得仲裁，并繼續(xù)傳輸報(bào)文；失去仲裁的節(jié)點(diǎn)在總線空閑時(shí)重新傳送?？偩€仲裁Bus Arbitration總線仲裁示意圖Arbitration Field位流編碼采用“不歸零NRZ方法編碼在完整的位時(shí)間里，位電平要么為“顯性，要么為“隱性；有足夠的跳邊沿利于總線各節(jié)點(diǎn)重新同步；要求采取“位填充Bit Stuffing。位流編碼Bit Coding幀間空間通過幀間空間Interframe Spacing隔離數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀與先行幀；幀間空間的組成：3個(gè)隱性(“1)的間歇場(chǎng) INTER MISSION 長度不限的總線空閑位場(chǎng) BUS IDLE 錯(cuò)誤被動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的掛起傳送場(chǎng)SUSPEND TRANSM

8、ISSION當(dāng)發(fā)送器檢測(cè)到位流里有5個(gè)連續(xù)相同值的位，便會(huì)自動(dòng)在位流里插入一補(bǔ)充位，接收器會(huì)自動(dòng)刪除這個(gè)補(bǔ)充位。最多經(jīng)過5個(gè)位時(shí)間，各節(jié)點(diǎn)可以重同步；能夠通過總線上的錯(cuò)誤標(biāo)志Error Flag 6個(gè)連續(xù)相同的位反映發(fā)送錯(cuò)誤。在固定的位場(chǎng)中不使用位填充。位填充Bit Stuffing位填充示意圖擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)RTR=0RTR=0擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)幀格式：具有11位標(biāo)識(shí)符；擴(kuò)展幀格式：具有29位標(biāo)識(shí)符；兩種幀格式的區(qū)別通過“控制場(chǎng)Control Frame中的“識(shí)別符擴(kuò)展位IDE bit來實(shí)現(xiàn)；兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線上。擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀也有二種，標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀、擴(kuò)展遠(yuǎn)程幀；除了沒有數(shù)據(jù)域(Dat

9、a Frame)，以及RTR位是隱性(“1)以外，與數(shù)據(jù)幀完全一樣。遠(yuǎn)程幀擴(kuò)展遠(yuǎn)程幀RTR=1當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)或多個(gè)由CAN標(biāo)準(zhǔn)所定義的錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生。由于錯(cuò)誤疊加，最終表現(xiàn)在CAN-bus的 Error Flag會(huì)有6-12bits不等。錯(cuò)誤幀有三種情況會(huì)發(fā)送過載幀： 1、上次接收的數(shù)據(jù)未被CPU讀取就已經(jīng)被再次濾波進(jìn)來的CAN數(shù)據(jù)改寫，接收的數(shù)據(jù)幀結(jié)束后馬上發(fā)出。 2、CAN節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到幀間隔的第一位或第二位為顯性位，在檢測(cè)到顯性位后馬上發(fā)出。 3、CAN節(jié)點(diǎn)采樣到錯(cuò)誤幀的錯(cuò)誤界定場(chǎng)或過載幀的過載界定場(chǎng)有顯性位，在檢測(cè)到顯性位后馬上發(fā)出。過載幀進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤，采取以下措施：監(jiān)視對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)

10、控的總線電平進(jìn)行比較循環(huán)冗余檢查位填充報(bào)文格式檢查錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制CAN能夠檢測(cè)出如下類型錯(cuò)誤位錯(cuò)誤Bit Error填充錯(cuò)誤Stuff Error形式錯(cuò)誤 Form Error應(yīng)答錯(cuò)誤 Acknowledgment Error CRC 錯(cuò)誤CRC Error未檢測(cè)報(bào)文錯(cuò)誤率低于 4.7 * 10-11錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制位錯(cuò)誤Bit Error：發(fā)送的位值和總線監(jiān)視的位值不相符合時(shí)，檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤(除仲裁場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)外)；錯(cuò)誤類型填充錯(cuò)誤Stuff Error：如果在使用位填充編碼的位流中，出現(xiàn)了第六個(gè)連續(xù)相同的位電平，將檢測(cè)到一個(gè)位填充錯(cuò)誤；錯(cuò)誤類型形式錯(cuò)誤 Form Error：當(dāng)一個(gè)固定形式的位場(chǎng)

11、含有一個(gè)或多個(gè)非法位時(shí)，將檢測(cè)到一個(gè)形式錯(cuò)誤；錯(cuò)誤類型應(yīng)答錯(cuò)誤 Acknowledgment Error ：在應(yīng)答間隙ACK SLOT所監(jiān)視的位不為“顯性，那么會(huì)檢測(cè)到一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤；錯(cuò)誤類型CRC 錯(cuò)誤CRC Error：如果接收器的CRC結(jié)果和發(fā)送器的CRC結(jié)果不同，將檢測(cè)到一個(gè)CRC錯(cuò)誤。錯(cuò)誤類型總線單元使用兩種錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器進(jìn)行故障界定發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)(TEC)接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)(REC)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)規(guī)那么(共12條規(guī)那么)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤，將導(dǎo)致TEC加8； 節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送1幀報(bào)文后，TEC將減1 ，直到0 ；節(jié)點(diǎn)接收時(shí)檢測(cè)到錯(cuò)誤，將導(dǎo)致REC加8； 節(jié)點(diǎn)成功接收1幀報(bào)文后，REC將減1，直到0；故障界

12、定單元存在的三種狀態(tài)錯(cuò)誤主動(dòng)(Error active)：“錯(cuò)誤主動(dòng)的單元可以正常地參與總線通訊，并在錯(cuò)誤被檢測(cè)到時(shí)發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。錯(cuò)誤被動(dòng)(Error passive)：“錯(cuò)誤被動(dòng)的單元不允許發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。“錯(cuò)誤被動(dòng)的單元參與總線通訊，在錯(cuò)誤被檢測(cè)到時(shí)只發(fā)出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。 總線關(guān)閉(Bus off)：“總線關(guān)閉的單元不允許在總線上有任何的影響 (比方，關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器)。單元狀態(tài)區(qū)分節(jié)點(diǎn)處于暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障；故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離總線，防止網(wǎng)絡(luò)鎖定。錯(cuò)誤主動(dòng) 錯(cuò)誤被動(dòng) 總線關(guān)閉單元狀態(tài)切換(1)TEC：發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù) REC：接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)單元狀態(tài)切換(2)CAN 物理層差動(dòng)共模信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：極強(qiáng)

13、的抗干擾能力信號(hào)傳輸介質(zhì)：雙絞線差動(dòng)共模信號(hào)實(shí)例標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀CANL 波形CANH 波形由于給定的最大振蕩器容差為1.58%，因此憑經(jīng)驗(yàn)可將陶瓷諧振器使用在傳輸率高達(dá)125 kbps的應(yīng)用里。 有關(guān)更多準(zhǔn)確的評(píng)估，請(qǐng)參考： 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為了滿足CAN協(xié)議的整個(gè)總線速度范圍，需要使用晶振。具有最高振蕩準(zhǔn)確度要求的芯片，決定了