第9章 控制器局域網(wǎng)(94)

1、9.4 CAN總線物理層基本原理總線物理層基本原理 上一節(jié)我們討論了上一節(jié)我們討論了CAN是怎樣傳輸數(shù)據(jù)、怎樣是怎樣傳輸數(shù)據(jù)、怎樣仲裁總線爭用、怎樣進(jìn)行位填充，這些問題都是數(shù)仲裁總線爭用、怎樣進(jìn)行位填充，這些問題都是數(shù)據(jù)鏈路層的問題，都是假定數(shù)據(jù)可以在物理層上面據(jù)鏈路層的問題，都是假定數(shù)據(jù)可以在物理層上面準(zhǔn)確無誤的被傳送的基礎(chǔ)上討論的。那么，數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確無誤的被傳送的基礎(chǔ)上討論的。那么，數(shù)據(jù)在物理層通過什么介質(zhì)傳輸？傳輸?shù)男盘柺窃鯓拥臄?shù)物理層通過什么介質(zhì)傳輸？傳輸?shù)男盘柺窃鯓拥臄?shù)字信號？這些信號怎樣進(jìn)行同步？實現(xiàn)這些傳輸功字信號？這些信號怎樣進(jìn)行同步？實現(xiàn)這些傳輸功能需要怎樣的設(shè)備和電路？這些問

2、題是物理層的問能需要怎樣的設(shè)備和電路？這些問題是物理層的問題，這一節(jié)和后面的一些章節(jié)將逐步回答這些問題。題，這一節(jié)和后面的一些章節(jié)將逐步回答這些問題。 9.4.1 CAN總線怎樣實現(xiàn)各節(jié)點之間的同步的？總線怎樣實現(xiàn)各節(jié)點之間的同步的？ CAN2.0協(xié)議中，對位定時提出了要求，這就是協(xié)議中，對位定時提出了要求，這就是CAN 總線的同步實現(xiàn)方法?？偩€的同步實現(xiàn)方法。 CAN總線的同步根據(jù)物理信令子層（總線的同步根據(jù)物理信令子層（PLS）規(guī)范）規(guī)范實現(xiàn)。實現(xiàn)。（1）位速率的定義）位速率的定義標(biāo)稱位速率標(biāo)稱位速率 CAN總線的標(biāo)稱位速率是表示總線通信速度的總線的標(biāo)稱位速率是表示總線通信速度的一個主要指

3、標(biāo)，它是指一個理想的發(fā)送器（沒有時延、一個主要指標(biāo)，它是指一個理想的發(fā)送器（沒有時延、沒有差錯）在沒有重新同步的情況下每秒鐘所發(fā)送的沒有差錯）在沒有重新同步的情況下每秒鐘所發(fā)送的位的數(shù)量。比如我們說位的數(shù)量。比如我們說CAN2.0B總線的位速率最高位總線的位速率最高位10Mbps，就是說每秒鐘可以傳輸，就是說每秒鐘可以傳輸1000萬個位。萬個位。單位單位bps或或b/s都是每秒鐘位（比特，都是每秒鐘位（比特，bit）的意思。）的意思。1Mbps=1000000bps 標(biāo)稱位時間標(biāo)稱位時間 標(biāo)稱位時間是指消息幀中的一位所占的時間標(biāo)稱位時間是指消息幀中的一位所占的時間長度。標(biāo)稱位時間長度。標(biāo)稱位時

4、間 = 1 /標(biāo)稱位速率標(biāo)稱位速率 比如標(biāo)稱位速率為比如標(biāo)稱位速率為10Mbps時，標(biāo)稱位時間為時，標(biāo)稱位時間為0.1微秒（微秒（s）。）。（2）位時間的分段）位時間的分段 為了方便實現(xiàn)總線的同步，為了方便實現(xiàn)總線的同步，CAN2.0將位時間進(jìn)將位時間進(jìn)行了細(xì)分，劃分為四個互不重疊的段，它們分別是：行了細(xì)分，劃分為四個互不重疊的段，它們分別是： 圖圖9.18 位時間各組成部分位時間各組成部分同步段（同步段（SS: Synchronization Segment） 傳播時間段（傳播時間段（PTS: Propagation Time Segment） 相位緩沖段相位緩沖段1(PBS1: Phase

5、 Buffer Segment 1) 相位緩沖段相位緩沖段2(PBS2: Phase Buffer Segment 2) 同步段同步段 位時間的同步段用于同步總線上不同的節(jié)點，正位時間的同步段用于同步總線上不同的節(jié)點，正常情況下，總線上的常情況下，總線上的“0”“1”之間互相跳變的跳變沿應(yīng)之間互相跳變的跳變沿應(yīng)該落入這一段內(nèi)。該落入這一段內(nèi)。 傳播段傳播段 發(fā)送節(jié)點發(fā)送的消息幀內(nèi)包含的每個位，在發(fā)發(fā)送節(jié)點發(fā)送的消息幀內(nèi)包含的每個位，在發(fā)送節(jié)點輸出驅(qū)動電路中有一定的時延，信號在總線送節(jié)點輸出驅(qū)動電路中有一定的時延，信號在總線上傳輸也有一定的時延，信號進(jìn)入各個接收節(jié)點輸上傳輸也有一定的時延，信號進(jìn)

6、入各個接收節(jié)點輸入比較器還有一定的時延，所以從發(fā)送節(jié)點發(fā)送信入比較器還有一定的時延，所以從發(fā)送節(jié)點發(fā)送信號到接收節(jié)點收到信號會有一定的時延。只有在接號到接收節(jié)點收到信號會有一定的時延。只有在接收信號時考慮了這個時延，才可能保證接收端和發(fā)收信號時考慮了這個時延，才可能保證接收端和發(fā)送端通信的同步，不至于發(fā)生錯位。傳播段就是用送端通信的同步，不至于發(fā)生錯位。傳播段就是用來補償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延時時間，它的時間長度是總來補償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延時時間，它的時間長度是總線上、發(fā)送節(jié)點、接收節(jié)點時延總和的兩倍。線上、發(fā)送節(jié)點、接收節(jié)點時延總和的兩倍。相位緩沖段相位緩沖段1、相位緩沖段、相位緩沖段2 當(dāng)接收節(jié)點發(fā)現(xiàn)

7、自己和總線上的位不同步時，需當(dāng)接收節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己和總線上的位不同步時，需要通過改變這兩個段中的其中一個的長度來調(diào)整自身要通過改變這兩個段中的其中一個的長度來調(diào)整自身的相位，以實現(xiàn)與總線的同步。的相位，以實現(xiàn)與總線的同步。采樣點采樣點 SAMPLE POINT 采樣點是讀出總線電平并確定該位值的一個時間采樣點是讀出總線電平并確定該位值的一個時間點，也就是點，也就是CAN處理器讀取該位數(shù)值的時刻。采樣點處理器讀取該位數(shù)值的時刻。采樣點位于相位緩沖段位于相位緩沖段1 和和2 之間。之間。 信息處理時間信息處理時間 INFORMATION PROCESSING TIME 信息處理時間：是一個以采樣點作為

8、起始的時間信息處理時間：是一個以采樣點作為起始的時間段，這段時間用于接收節(jié)點對該位數(shù)值取樣后，進(jìn)行段，這段時間用于接收節(jié)點對該位數(shù)值取樣后，進(jìn)行判決和處理。判決和處理。 時間份額時間份額 TIME QUANTUM 為了對位時間內(nèi)四個段進(jìn)行定量描述，引入時間份為了對位時間內(nèi)四個段進(jìn)行定量描述，引入時間份額的概念。額的概念。 時間份額是定義的一個標(biāo)準(zhǔn)時間長度（時間份額是定義的一個標(biāo)準(zhǔn)時間長度（Tg），同步），同步段的長度為一個時間份額段的長度為一個時間份額Tg，傳播段和兩個相位緩沖段，傳播段和兩個相位緩沖段的時間長度都是的時間長度都是Tg的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 同步段為同步段為 1 個時間份額；傳播

9、段的長度可設(shè)置為個時間份額；傳播段的長度可設(shè)置為 1-8 個時間份額；相位緩沖段個時間份額；相位緩沖段1的長度可設(shè)置為的長度可設(shè)置為 1 - 8 個個時間份額時間份額 ；相位緩沖段；相位緩沖段 2的長度為相位緩沖段的長度為相位緩沖段1和信息和信息處理時間兩者的最大值，取值為處理時間兩者的最大值，取值為2- 8個時間份額；信息個時間份額；信息處理時間少于或等于處理時間少于或等于2個時間份額。個時間份額。 一個位時間總的時間份額值可以設(shè)置在一個位時間總的時間份額值可以設(shè)置在8-25的范圍。的范圍。 再同步補償寬度再同步補償寬度 (SJW: reSynchronization Jump Width)

10、 因時鐘頻率偏差、傳送延遲等，各單元有同步因時鐘頻率偏差、傳送延遲等，各單元有同步誤差。誤差。SJW 為補償此誤差的最大值。取值為為補償此誤差的最大值。取值為1-4個個時間份額。時間份額。 通過圖通過圖9.19可知，調(diào)整相位緩沖段可知，調(diào)整相位緩沖段1、2的長度可的長度可以改變采樣點在位時間內(nèi)部的位置，使其能夠在合以改變采樣點在位時間內(nèi)部的位置，使其能夠在合適的時刻進(jìn)行采樣。適的時刻進(jìn)行采樣。圖圖9.19一個位的時間份額分配一個位的時間份額分配（3）硬件同步的實現(xiàn)）硬件同步的實現(xiàn) 首先介紹一下相位與同步的概念。首先介紹一下相位與同步的概念。 我們在電工技術(shù)基礎(chǔ)課程里學(xué)習(xí)過相位的概念，我們在電工

11、技術(shù)基礎(chǔ)課程里學(xué)習(xí)過相位的概念，記得三相交流電是由三個相位差分別為記得三相交流電是由三個相位差分別為120的正弦的正弦波組成。波組成。U、V、W三個正弦波有相位差，是因為它三個正弦波有相位差，是因為它們的初相位不相等，分別為們的初相位不相等，分別為0、120、240。如。如果他們的初相位相等，比如都為果他們的初相位相等，比如都為120，那么這三個，那么這三個正弦波就會同時達(dá)到最大值，同時達(dá)到最小值，同正弦波就會同時達(dá)到最大值，同時達(dá)到最小值，同時達(dá)到時達(dá)到0值，它們的變化節(jié)奏將完全相同。這時候我值，它們的變化節(jié)奏將完全相同。這時候我們就說他們實現(xiàn)了同步。們就說他們實現(xiàn)了同步。 正弦波的基本單元

12、是一個周期，從正弦波的基本單元是一個周期，從0開始，增大開始，增大到最大值，變小再回到到最大值，變小再回到0，繼續(xù)變小到最小值，最后，繼續(xù)變小到最小值，最后變大回到變大回到0；CAN總線的上傳輸?shù)男畔⒌淖罨締卧偩€的上傳輸?shù)男畔⒌淖罨締卧俏?，其相位是由若干個時間份額是位，其相位是由若干個時間份額Tg組成，開始是組成，開始是同步段，下來是傳播段，再下來是相位緩沖段同步段，下來是傳播段，再下來是相位緩沖段1，最，最后是相位緩沖段后是相位緩沖段2。CAN總線的位同步就是指總線的位同步就是指CAN總線上的所有節(jié)點同時開始一個位相位，同時進(jìn)入總線上的所有節(jié)點同時開始一個位相位，同時進(jìn)入同步段，同時

13、進(jìn)入傳播段、同時進(jìn)行采樣。同步段，同時進(jìn)入傳播段、同時進(jìn)行采樣。 為了實現(xiàn)為同步，為了實現(xiàn)為同步，CAN有兩種同步方式：硬件有兩種同步方式：硬件同步和再同步。同步和再同步。 硬件同步是指硬件同步是指CAN總線上的所有節(jié)點，在總線空總線上的所有節(jié)點，在總線空閑的前提下，只要收到一個從隱性電平閑的前提下，只要收到一個從隱性電平“1”到顯性電到顯性電平平“0”的跳變沿，就統(tǒng)一將這一跳變沿作為基準(zhǔn)，將的跳變沿，就統(tǒng)一將這一跳變沿作為基準(zhǔn)，將這個跳變沿放在自己將要開始的位時間的同步段內(nèi)，這個跳變沿放在自己將要開始的位時間的同步段內(nèi)，開始一個位時間的工作，緊接下來的幾個開始一個位時間的工作，緊接下來的幾個

14、Tg就是這一就是這一位的傳播段、相位緩沖段位的傳播段、相位緩沖段1、相位緩沖段、相位緩沖段2。使用這樣。使用這樣的方法，在總線空閑狀態(tài)，只要出現(xiàn)一個的方法，在總線空閑狀態(tài)，只要出現(xiàn)一個 “1”到到“0”的跳變沿，就可以使得總線上的所有收發(fā)節(jié)點，都以的跳變沿，就可以使得總線上的所有收發(fā)節(jié)點，都以這個跳變沿為基準(zhǔn)調(diào)整自己的位相位，同步開始工作。這個跳變沿為基準(zhǔn)調(diào)整自己的位相位，同步開始工作。硬件同步解決了總線上消息幀開始發(fā)送階段的同步問硬件同步解決了總線上消息幀開始發(fā)送階段的同步問題。題。 硬件同步的實現(xiàn)過程如圖硬件同步的實現(xiàn)過程如圖9.20所示。所示。圖圖9.20硬件同步的實現(xiàn)硬件同步的實現(xiàn) 假

15、定假定CAN總線上的某一個節(jié)點正按照自己的位相總線上的某一個節(jié)點正按照自己的位相位接收總線上的空閑狀態(tài)，即連續(xù)的隱性電平位接收總線上的空閑狀態(tài)，即連續(xù)的隱性電平“1”，這，這個個CAN總線規(guī)定的位時間編排是同步段總線規(guī)定的位時間編排是同步段1個個Tg，傳播段，傳播段3個個Tg，相位緩沖段，相位緩沖段1、2均為均為6個個Tg。當(dāng)以自己的位相。當(dāng)以自己的位相位接收到相位緩沖段的第三個位接收到相位緩沖段的第三個Tg時，檢測到總線上有時，檢測到總線上有一個從一個從“1”到到“0”的跳變，這時這個節(jié)點就立即改變自的跳變，這時這個節(jié)點就立即改變自己的位相位，就以剛才收到電平跳變的那個時刻為改正己的位相位，

16、就以剛才收到電平跳變的那個時刻為改正后的位相位的同步段，開始后的位相位的同步段，開始3個個Tg傳播段傳播段6個個Tg相相位緩沖段位緩沖段1，采樣，采樣6個個Tg相位緩沖段相位緩沖段2的相位循環(huán)。的相位循環(huán)。 通俗地講就好像在一個舞廳里有很多對舞伴在跳通俗地講就好像在一個舞廳里有很多對舞伴在跳華爾茲舞，剛開始沒有音樂時，大家先自己練習(xí)，大華爾茲舞，剛開始沒有音樂時，大家先自己練習(xí)，大家都按照自己的節(jié)奏數(shù)著家都按照自己的節(jié)奏數(shù)著“嘣嘣嚓嚓嚓嚓”，但是，但是，每組舞伴都按照自己的節(jié)奏來跳，舞池顯得很亂。當(dāng)每組舞伴都按照自己的節(jié)奏來跳，舞池顯得很亂。當(dāng)音樂響起時，舞曲放出第一個音樂響起時，舞曲放出第一

17、個“嘣嘣嚓嚓嚓嚓”的的“嘣嘣“音時，所有舞伴都調(diào)整自己的舞步節(jié)奏，跟著音時，所有舞伴都調(diào)整自己的舞步節(jié)奏，跟著音樂的節(jié)奏，翩翩起舞，大家一同步，舞池顯得很整音樂的節(jié)奏，翩翩起舞，大家一同步，舞池顯得很整齊，優(yōu)美。位相位就好比是跳舞的節(jié)奏，位速率就好齊，優(yōu)美。位相位就好比是跳舞的節(jié)奏，位速率就好比是舞曲的快慢（每分鐘多少拍），在大家快慢一致比是舞曲的快慢（每分鐘多少拍），在大家快慢一致的情況下，要想達(dá)到整齊，必須做到，節(jié)奏一致，也的情況下，要想達(dá)到整齊，必須做到，節(jié)奏一致，也就是同時開始就是同時開始“嘣嘣嚓嚓嚓嚓”的的“嘣嘣”。取得節(jié)。取得節(jié)奏一致的過程叫做同步。奏一致的過程叫做同步。（4）再同

18、步的實現(xiàn)）再同步的實現(xiàn) 上面所舉的跳華爾茲舞蹈的例子中，如果一對舞上面所舉的跳華爾茲舞蹈的例子中，如果一對舞伴發(fā)現(xiàn)自己的動作比別人快了一拍，他們就等一拍，伴發(fā)現(xiàn)自己的動作比別人快了一拍，他們就等一拍，以便和別人統(tǒng)一節(jié)奏，若發(fā)現(xiàn)自己比別人慢了一拍，以便和別人統(tǒng)一節(jié)奏，若發(fā)現(xiàn)自己比別人慢了一拍，就加快一拍，以求得統(tǒng)一。這個過程叫做再同步。就加快一拍，以求得統(tǒng)一。這個過程叫做再同步。 當(dāng)當(dāng)CAN總線上的某個節(jié)點接到總線上的幀起始總線上的某個節(jié)點接到總線上的幀起始信息，完成了硬件同步后，正常接收了一些位后，在信息，完成了硬件同步后，正常接收了一些位后，在某一位上發(fā)現(xiàn)總線上某一位上發(fā)現(xiàn)總線上“0”“1”

19、電平的跳變的時刻沒有電平的跳變的時刻沒有落在自己的同步段內(nèi)，這時它自己就要主動進(jìn)行同步，落在自己的同步段內(nèi)，這時它自己就要主動進(jìn)行同步，這一同步過程稱作位的再同步。這一同步過程稱作位的再同步。 圖圖9.21是某節(jié)點檢測到總線上的電平跳變滯后于是某節(jié)點檢測到總線上的電平跳變滯后于自己位相位自己位相位2個個Tg的情況。的情況。 當(dāng)總線上的節(jié)點檢測到總線上的相位比自己的相當(dāng)總線上的節(jié)點檢測到總線上的相位比自己的相位滯后了位滯后了2個個Tg時，這個節(jié)點就要在相位緩沖段末尾時，這個節(jié)點就要在相位緩沖段末尾增加增加2個個Tg的時間，加長這一個位，使得下一位的同的時間，加長這一個位，使得下一位的同步段可以和

20、總線上正在發(fā)送的位取得同步。步段可以和總線上正在發(fā)送的位取得同步。圖圖9.21電平跳變滯后于自己位相位電平跳變滯后于自己位相位2個個Tg時再同步的實現(xiàn)時再同步的實現(xiàn) 如圖如圖9.22所示，若總線上的某節(jié)點檢測到總線上所示，若總線上的某節(jié)點檢測到總線上的相位比自己的相位超前了的相位比自己的相位超前了2個個Tg，即在某一位緩沖，即在某一位緩沖段段2的倒數(shù)第二個的倒數(shù)第二個Tg檢測到了電平跳變，這個節(jié)點就檢測到了電平跳變，這個節(jié)點就要在相位緩沖段要在相位緩沖段2末尾減少末尾減少2個個Tg的時間，縮短這一個的時間，縮短這一個位，并馬上將檢測到跳變的這一個位，并馬上將檢測到跳變的這一個Tg作為下一位的同

21、作為下一位的同步段，使得下一位的同步段可以和總線上正在發(fā)送的步段，使得下一位的同步段可以和總線上正在發(fā)送的位取得同步。位取得同步。圖圖9.22電平跳變超前于自己位相位電平跳變超前于自己位相位2個個Tg時再同步的實現(xiàn)時再同步的實現(xiàn) 每一次再同步在同步緩沖段增加或減少的每一次再同步在同步緩沖段增加或減少的Tg數(shù)量最數(shù)量最多不能超過再同步補償寬度多不能超過再同步補償寬度SJW。SJW的數(shù)值取值范圍的數(shù)值取值范圍為為1-4，由節(jié)點所在的，由節(jié)點所在的CAN總線統(tǒng)一規(guī)定。如果某個節(jié)總線統(tǒng)一規(guī)定。如果某個節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己的同步段和總線上的電平跳變的相位差大于點發(fā)現(xiàn)自己的同步段和總線上的電平跳變的相位差大于SJ

22、W所規(guī)定的值，則這個節(jié)點的再同步分幾次進(jìn)行，每所規(guī)定的值，則這個節(jié)點的再同步分幾次進(jìn)行，每次最多可以增加或減少的次最多可以增加或減少的Tg數(shù)應(yīng)不大于數(shù)應(yīng)不大于SJW值。值。（5）調(diào)整同步的規(guī)則）調(diào)整同步的規(guī)則硬件同步和再同步遵從如下規(guī)則。硬件同步和再同步遵從如下規(guī)則。 (1) 1個位中只進(jìn)行一次同步調(diào)整。個位中只進(jìn)行一次同步調(diào)整。 (2) 只有當(dāng)上次采樣點的總線值（總線上的只有當(dāng)上次采樣點的總線值（總線上的0、1值）值）和電平跳變邊沿后的總線值不同時，該邊沿才能用于調(diào)和電平跳變邊沿后的總線值不同時，該邊沿才能用于調(diào)整同步。整同步。 (3) 在總線空閑且存在隱性電平到顯性電平的邊沿時，在總線空閑

23、且存在隱性電平到顯性電平的邊沿時，則一定要進(jìn)行硬件同步。則一定要進(jìn)行硬件同步。 (4) 在總線非空閑時檢測到的隱性電平到顯性電平的邊在總線非空閑時檢測到的隱性電平到顯性電平的邊沿如果滿足條件（沿如果滿足條件（1）和（）和（2），將進(jìn)行再同步。），將進(jìn)行再同步。 (5) 發(fā)送節(jié)點觀測到自身輸出的顯性電平有延遲時不發(fā)送節(jié)點觀測到自身輸出的顯性電平有延遲時不進(jìn)行再同步。進(jìn)行再同步。 (6) 發(fā)送節(jié)點在幀起始到仲裁段有多個節(jié)點同時發(fā)送發(fā)送節(jié)點在幀起始到仲裁段有多個節(jié)點同時發(fā)送的情況下，對延遲邊沿不進(jìn)行再同步。的情況下，對延遲邊沿不進(jìn)行再同步。 9.4.2 CAN總線節(jié)點是怎樣和總線連接的？總線節(jié)點是怎

24、樣和總線連接的？（1）連接電路與總線電平）連接電路與總線電平 圖圖9.23是一個典型的高速是一個典型的高速CAN總線上一個節(jié)點的總線上一個節(jié)點的簡單方框圖，以及它與總線的連接方式。由圖可見，簡單方框圖，以及它與總線的連接方式。由圖可見，節(jié)點與總線的連接是通過節(jié)點節(jié)點與總線的連接是通過節(jié)點ECU的收發(fā)器的收發(fā)器CAN-H、CAN-L接口與總線相連接的。接口與總線相連接的。 圖圖9.23 CAN節(jié)點構(gòu)成以及與總線的連接節(jié)點構(gòu)成以及與總線的連接 圖圖9.24給出了適合給出了適合ISO11898規(guī)定的高速規(guī)定的高速CAN的典的典型收發(fā)器內(nèi)部與型收發(fā)器內(nèi)部與CAN-H、CAN-L接口相關(guān)的部分等效接口相

25、關(guān)的部分等效電路圖。當(dāng)該節(jié)點需要輸出隱性電平時，接收器根據(jù)電路圖。當(dāng)該節(jié)點需要輸出隱性電平時，接收器根據(jù)TXD傳送的數(shù)據(jù)，向兩個輸出晶體管輸出控制電壓，傳送的數(shù)據(jù)，向兩個輸出晶體管輸出控制電壓，使兩個晶體管均截止。此時由于兩個晶體管等效直流使兩個晶體管均截止。此時由于兩個晶體管等效直流電阻很大，電阻很大，CAN-H與與CAN-L之間連接的之間連接的120歐姆電阻歐姆電阻與他們相比可以忽略，由兩個晶體管和與他們相比可以忽略，由兩個晶體管和120歐姆電阻組歐姆電阻組成的分壓電路分壓的結(jié)果是成的分壓電路分壓的結(jié)果是CAN-H、CAN-L電壓基本電壓基本相同，約為相同，約為Vcc的一半，的一半，2.5

26、V。此時，本節(jié)點。此時，本節(jié)點CAN-H和和CAN-L端對總線而言屬于高阻抗?fàn)顟B(tài)，輸出的電平端對總線而言屬于高阻抗?fàn)顟B(tài)，輸出的電平對總線上狀態(tài)的影響可以忽略。當(dāng)需要輸出顯性電平對總線上狀態(tài)的影響可以忽略。當(dāng)需要輸出顯性電平時，接收器輸出電壓，使兩個輸出晶體管飽和，分壓時，接收器輸出電壓，使兩個輸出晶體管飽和，分壓的結(jié)果是的結(jié)果是CAN-H端輸出高電平，端輸出高電平，CAN-L輸出低電平。輸出低電平。圖圖9.24 高速高速CAN收發(fā)器內(nèi)部電路收發(fā)器內(nèi)部電路圖圖9.25 ISO11898的額定總線電平的額定總線電平 圖圖9.26給出了適合給出了適合ISO11519-2規(guī)定的低速規(guī)定的低速CAN的的

27、典型收發(fā)器內(nèi)部與典型收發(fā)器內(nèi)部與CAN-H、CAN-L接口相關(guān)的部分接口相關(guān)的部分等效電路圖。當(dāng)該節(jié)點需要輸出隱性電平時，等效電路圖。當(dāng)該節(jié)點需要輸出隱性電平時，CAN模模塊向兩個輸出晶體管輸出控制電壓，使兩個晶體管均塊向兩個輸出晶體管輸出控制電壓，使兩個晶體管均截止。此時由于兩個晶體管等效直流電阻很大，截止。此時由于兩個晶體管等效直流電阻很大，CANH與與CANL端口的電平由端口的電平由Vcc和地之間所接的三和地之間所接的三個電電阻分壓提供，可見，由于個電電阻分壓提供，可見，由于CAN-H在靠近地的一在靠近地的一端取得的電壓，所以電壓較低，而端取得的電壓，所以電壓較低，而CAN-L端電平較高

28、；端電平較高；當(dāng)需要輸出顯性電平時，當(dāng)需要輸出顯性電平時，CAN模塊輸出電壓，使兩個模塊輸出電壓，使兩個輸出晶體管飽和，輸出晶體管飽和，CAN-H端輸出高電平，端輸出高電平，CAN-L輸輸出低電平。輸出的電平如圖出低電平。輸出的電平如圖9.27所示。所示。 圖圖9.26 低速低速CAN收發(fā)器內(nèi)部電路收發(fā)器內(nèi)部電路 圖圖9.27 ISO11898的額定總線電平的額定總線電平 （2）連接器參數(shù)）連接器參數(shù)表表9.10連接器參數(shù)連接器參數(shù)參數(shù)符號單位數(shù)值最小值額定值最大值電壓vBAT=12vUV16vBAT=24vUV32電流ImA02580電流峰值1）IPmA500阻抗ZC120傳輸頻率fMHZ2

29、5傳輸電阻2）RTm701.限時：101ns2.在接收一方的ECU處測得的總線差分電壓取決于該處與發(fā)送一方的ECU之間的線路電阻，所以信號線的傳輸電阻受各ECU總線電平參數(shù)的制約。（3）物理介質(zhì)規(guī)范）物理介質(zhì)規(guī)范 表表9.11（帶屏蔽或不帶屏蔽的）雙絞線的物理介質(zhì)參數(shù)（帶屏蔽或不帶屏蔽的）雙絞線的物理介質(zhì)參數(shù) 參數(shù)符號單位數(shù)值備注最小值額定值最大值阻抗Z108120132從兩信號線之間測得線電阻率rm/m701）線路比延時ns/m52）1)在接收一方的ECU處測得的總線差分電壓取決于該處與發(fā)送一方的ECU之間的線路電阻，所以信號線的總電阻受各ECU總線電平參數(shù)的制約。2)總線上兩點之間的最短延

30、時可以為0，最長延時則由位時間及發(fā)送與接收電路得延時決定。（4）終端電阻）終端電阻表表9.12 終端電阻的參數(shù)終端電阻的參數(shù)符號符號單位單位數(shù)值數(shù)值備注備注最小值最小值額定值額定值最大值最大值Rs118120130最小功耗：最小功耗：220mW9.5 CAN總線的管理與故障界定總線的管理與故障界定9.5.1 故障界定的概念故障界定的概念 故障界定就是要根據(jù)總線上各節(jié)點出錯的程度和故障界定就是要根據(jù)總線上各節(jié)點出錯的程度和具體情況，使他們分別處于以下三種工作狀態(tài)之一具體情況，使他們分別處于以下三種工作狀態(tài)之一 ： 錯誤主動錯誤主動 錯誤被動錯誤被動 總線關(guān)閉總線關(guān)閉 錯誤主動的節(jié)點可以正常地參與

31、總線通信，并在錯誤主動的節(jié)點可以正常地參與總線通信，并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標(biāo)志；錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標(biāo)志； 錯誤被動的節(jié)點不允許發(fā)送主動錯誤標(biāo)志，可以參錯誤被動的節(jié)點不允許發(fā)送主動錯誤標(biāo)志，可以參與總線通信，而且在錯誤被檢測到時只能發(fā)出被動錯與總線通信，而且在錯誤被檢測到時只能發(fā)出被動錯誤標(biāo)志，而且發(fā)送以后，錯誤被動節(jié)點將在下一個發(fā)誤標(biāo)志，而且發(fā)送以后，錯誤被動節(jié)點將在下一個發(fā)送之前處于等待狀態(tài)。送之前處于等待狀態(tài)。 總線關(guān)閉的節(jié)點不允許對總線有任何的影響，比如總線關(guān)閉的節(jié)點不允許對總線有任何的影響，比如要求他們關(guān)閉輸出驅(qū)動器。要求他們關(guān)閉輸出驅(qū)動器。 故障界定的目的是為了合理地

32、管理總線上的各個故障界定的目的是為了合理地管理總線上的各個節(jié)點，及時隔離故障節(jié)點，盡量減少故障節(jié)點對總線節(jié)點，及時隔離故障節(jié)點，盡量減少故障節(jié)點對總線總體通信的影響，從而提高總線的可用性和可靠性?？傮w通信的影響，從而提高總線的可用性和可靠性。 9.5.2 故障界定的實現(xiàn)方法故障界定的實現(xiàn)方法 為了進(jìn)行故障界定，在總線上的每一個節(jié)點內(nèi)部為了進(jìn)行故障界定，在總線上的每一個節(jié)點內(nèi)部都設(shè)置兩個計數(shù)器：都設(shè)置兩個計數(shù)器： 發(fā)送錯誤計數(shù)器發(fā)送錯誤計數(shù)器 接收錯誤計數(shù)器接收錯誤計數(shù)器 計數(shù)器按照特定的規(guī)則進(jìn)行計數(shù)，每個節(jié)點的計數(shù)器按照特定的規(guī)則進(jìn)行計數(shù)，每個節(jié)點的CAN控制器都根據(jù)計數(shù)器的值決定這個節(jié)點應(yīng)該

33、處于錯誤控制器都根據(jù)計數(shù)器的值決定這個節(jié)點應(yīng)該處于錯誤主動、錯誤被動還是總線關(guān)閉狀態(tài)。主動、錯誤被動還是總線關(guān)閉狀態(tài)。 （3）當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一錯誤標(biāo)志時，發(fā)送錯誤計）當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一錯誤標(biāo)志時，發(fā)送錯誤計數(shù)器值加數(shù)器值加8。但這里有兩種例外情況：。但這里有兩種例外情況： 9.5.3 計數(shù)器的計數(shù)規(guī)則計數(shù)器的計數(shù)規(guī)則 （ 1）當(dāng)接收節(jié)點檢測到一個錯誤時，接收錯誤計）當(dāng)接收節(jié)點檢測到一個錯誤時，接收錯誤計數(shù)器就加數(shù)器就加1。在發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志期間所。在發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志期間所檢測到的錯誤為位錯誤時，接收錯誤計數(shù)器值不加檢測到的錯誤為位錯誤時，接收錯誤計數(shù)器值不加1。 （2）當(dāng)錯誤標(biāo)志

34、發(fā)送以后，接收節(jié)點檢測到的）當(dāng)錯誤標(biāo)志發(fā)送以后，接收節(jié)點檢測到的第一個位為顯性時，接收錯誤計數(shù)器值加第一個位為顯性時，接收錯誤計數(shù)器值加8。 例外情況例外情況1：發(fā)送節(jié)點處于錯誤被動狀態(tài)，并檢：發(fā)送節(jié)點處于錯誤被動狀態(tài)，并檢測到一個應(yīng)答錯誤（注：此應(yīng)答錯誤由檢測不到一個測到一個應(yīng)答錯誤（注：此應(yīng)答錯誤由檢測不到一個顯性應(yīng)答以及當(dāng)發(fā)送被動錯誤標(biāo)志時檢測不到一個顯顯性應(yīng)答以及當(dāng)發(fā)送被動錯誤標(biāo)志時檢測不到一個顯性位而引起）。性位而引起）。 例外情況例外情況2：發(fā)送節(jié)點因為填充錯誤而發(fā)送錯誤標(biāo)：發(fā)送節(jié)點因為填充錯誤而發(fā)送錯誤標(biāo)志。（注：此填充錯誤發(fā)生于仲裁期間。引起填充錯志。（注：此填充錯誤發(fā)生于仲裁

35、期間。引起填充錯誤是由于填充位位于誤是由于填充位位于RTR位之前，并已作為隱性發(fā)送，位之前，并已作為隱性發(fā)送，但是卻被監(jiān)視為顯性）。但是卻被監(jiān)視為顯性）。 例外情況例外情況1和例外情況和例外情況2時時 發(fā)送錯誤計數(shù)器值不改發(fā)送錯誤計數(shù)器值不改變。變。 （4）發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時，如果發(fā)送）發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時，如果發(fā)送節(jié)點檢測到位錯誤，則自己的發(fā)送錯誤計數(shù)器值加節(jié)點檢測到位錯誤，則自己的發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8。（5）當(dāng)發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時，如果接收）當(dāng)發(fā)送主動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時，如果接收節(jié)點檢測到位錯誤，則接收錯誤計數(shù)器值加節(jié)點檢測到位錯誤，則接收錯誤計數(shù)器值加8。（6

36、）在發(fā)送主動錯誤標(biāo)志、被動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)）在發(fā)送主動錯誤標(biāo)志、被動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志以后，任何節(jié)點最多容許志以后，任何節(jié)點最多容許7個連續(xù)的顯性位。個連續(xù)的顯性位。 如果出現(xiàn)以下情況，則每一發(fā)送節(jié)點將它們的如果出現(xiàn)以下情況，則每一發(fā)送節(jié)點將它們的發(fā)送錯誤計數(shù)器值加發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8，及每一接收節(jié)點的接收錯誤，及每一接收節(jié)點的接收錯誤計數(shù)器值加計數(shù)器值加8。 當(dāng)檢測到第當(dāng)檢測到第14個連續(xù)的顯性位后；個連續(xù)的顯性位后； 在檢測到第在檢測到第8個跟隨著被動錯誤標(biāo)志的連續(xù)的顯個跟隨著被動錯誤標(biāo)志的連續(xù)的顯性位以后；性位以后； 在每一附加的在每一附加的8個連續(xù)顯性位順序之后。個連續(xù)顯性位順序之后。 （7） 報文成功傳送后，得到應(yīng)答并且直到幀末尾結(jié)束報文成功傳送后，得到應(yīng)答并且直到幀末尾結(jié)束沒有錯誤，發(fā)送錯誤計數(shù)器值減沒有錯誤，發(fā)送錯誤計數(shù)器值減1 除非已