《現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用》課件7CAN總線

第一節(jié)CAN總線的性能特點(diǎn)

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。其主要特點(diǎn)如下：1、CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，節(jié)點(diǎn)間可以自由通信。2、CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突。

3、采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，傳輸時(shí)間短。4、每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。5、CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1Mbps。（此時(shí)通信距高最長為40m）。6、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。7、CAN具有完善的通信協(xié)議。第二節(jié)CAN技術(shù)規(guī)范

一種多主總線，采用OSI的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。一、CAN的物理層

CAN技術(shù)規(guī)范的物理層定義信號(hào)怎樣進(jìn)行發(fā)送，因而涉及電氣連接、驅(qū)動(dòng)器/接收器的特性、位編碼/解碼、位定時(shí)及同步等內(nèi)容。

CAN物理層選擇靈活，可以采用共地的單線制、雙線制、同軸電纜、雙絞線、光纜等。物理信令實(shí)現(xiàn)與位表示、定時(shí)和同步相關(guān)的功能。物理媒體附屬裝置實(shí)現(xiàn)總線發(fā)送/接收的功能電路，并可提供總線故障檢測方法。媒體相關(guān)接口實(shí)現(xiàn)與物理媒體之間的機(jī)械和電氣接口。二、CAN的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC）：目標(biāo)層媒體訪問控制子層（MAC）：傳送層LLC子層提供的功能幀接收濾波：數(shù)據(jù)幀內(nèi)容由標(biāo)識(shí)符命名。標(biāo)識(shí)符并不能指明幀的目的地，但描述數(shù)據(jù)的含義，每個(gè)接收器通過幀接收濾波確定此幀與其是否有關(guān)。超載通告：如果接收器內(nèi)部條件要求延遲下一個(gè)LLC數(shù)據(jù)幀或LLC遠(yuǎn)程幀，則通過LLC子層開始發(fā)送超載幀，最多可產(chǎn)生兩個(gè)超載幀，以延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀?；謴?fù)管理：發(fā)送期間，對(duì)于丟失仲裁或被錯(cuò)誤干擾的幀，LLC子層具有自動(dòng)重發(fā)送功能，在發(fā)送成功完成前，幀發(fā)送服務(wù)不被用戶認(rèn)可。MAC子層功能由IEEE802.3中規(guī)定的功能模型描述MAC子層具有兩部分功能發(fā)送部分功能包括：發(fā)送數(shù)據(jù)封裝，接收LLC幀和接口控制信息，構(gòu)造MAC幀。發(fā)送媒體訪問管理，檢查總線狀態(tài)，串行化MAC幀，插入填充位，開始發(fā)送，丟失仲裁時(shí)轉(zhuǎn)入接收方式，應(yīng)答校驗(yàn)，錯(cuò)誤超載檢測，發(fā)送超載幀或數(shù)據(jù)幀等。接收部分功能包括：接收媒體訪問管理，由物理層接收串行位流，重新構(gòu)筑幀結(jié)構(gòu)，解除位填充，錯(cuò)誤檢測，發(fā)送應(yīng)答，構(gòu)造發(fā)送錯(cuò)誤幀或超載幀。接收數(shù)據(jù)卸裝，由接收幀去除MAC特定信息，輸出LLC幀和接口控制信息至LLC子層。第三節(jié)CAN總線的節(jié)點(diǎn)組成

每個(gè)節(jié)點(diǎn)由微處理器、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。一、CAN總線控制器SJA1000SJA1000是適用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境控制器局域網(wǎng)的高集成度獨(dú)立控制器1、SJA1000的基本構(gòu)成⑴接口管理邏輯(IML)：接收來自微處理器的命令，分配控制信息緩存器（發(fā)送緩存器，接收緩存器0和1），并為微控制器提供中斷和狀態(tài)信息。⑵發(fā)送緩存器(TXB)：由10個(gè)字節(jié)存貯單元組成，存貯由微處理器寫入，將被發(fā)送至CAN網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文。⑶接收緩存器0和1(RXB、RXFIFO)：均由10個(gè)字節(jié)組成，交替存貯由總線接收到的報(bào)文，當(dāng)一個(gè)緩存器被分配給CPU，位流處理器可以對(duì)另一個(gè)進(jìn)行寫操作。⑷接收過濾器(ACF):

將接收到的標(biāo)識(shí)符與接收過濾寄存器中的內(nèi)容比較，并決定是否接受該條消息。如果該條消息通過接收測試，則將其存入接收緩沖器。⑸位流處理器(BSP)：控制發(fā)送緩存器與CAN總線之間數(shù)據(jù)流的序列發(fā)生器。同時(shí)還執(zhí)行CAN總線上的出錯(cuò)檢測、仲裁、填充和出錯(cuò)處理。⑹位定時(shí)邏輯(BTL)：監(jiān)測串行的CAN總線，并處理總線上的位定時(shí)。BTL在一條消息開始時(shí)，由總線上的“隱性-顯性”轉(zhuǎn)換同步(硬同步)。并在消息接收過程中與總線上的轉(zhuǎn)換再同步(軟同步)。BTL還提供可編程的時(shí)間分段，用以補(bǔ)償傳輸延遲和相位偏差，并確定在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)的采樣位置和采樣數(shù)。(7)出錯(cuò)誤管理邏輯(EML)：按照CAN協(xié)議進(jìn)行傳輸層出錯(cuò)界定。2、SJA1000的寄存器結(jié)構(gòu)及地址分配表3、SJA1000的工作原理與硬件接口電路

發(fā)送緩沖區(qū)用于存貯由微處理器至SJA1000的發(fā)送報(bào)文，它可分為描述符和數(shù)據(jù)場，發(fā)送緩存器可借助微控制器寫入或讀出。描述符為兩個(gè)字節(jié)：包括標(biāo)識(shí)符、遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）和數(shù)據(jù)長度碼（DLC）。數(shù)據(jù)場為8個(gè)字節(jié)空間，存貯0～8個(gè)數(shù)據(jù)。接收緩沖區(qū)0和1，是微處理器與位流處理器的接口，交替存貯由總線接收到的報(bào)文，一旦被位流處理器填滿，并被接口處理邏輯分配給CPU，則緩沖區(qū)不能用于存貯接收到的報(bào)文，直到CPU釋放該緩存器，兩個(gè)接收緩沖區(qū)地址一樣，當(dāng)一個(gè)緩沖區(qū)被分配給CPU，位流處理器可以對(duì)另一個(gè)進(jìn)行寫操作，它的結(jié)構(gòu)與發(fā)送緩沖區(qū)一樣。時(shí)鐘分頻寄存器控制SJA1000向CPU輸出CLKOUT頻率。SJA1000由微處理器通過8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線和基本讀寫控制信號(hào)進(jìn)行控制。SJA1000的中斷請(qǐng)求信號(hào)INT連至微處理器的外部中斷輸入端，CAN控制器可通過中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在網(wǎng)絡(luò)通信中所涉及的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的操作由SJA1000芯片自動(dòng)完成，無需微處理器的干預(yù)。例如總線的定時(shí)與同步、總線的仲裁、CRC與其它填充位的插入等均由SJA1000自動(dòng)完成。因此軟件設(shè)計(jì)者只需考慮SJA1000的初始化和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)。4、SJA1000的軟件設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信軟件可以用微處理器的匯編語言編寫，也