can总线优点和特定

Ber_thaw99

概念和特征

6 G- r) b+ ?8 i　　CAN总线的工作原理
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6 v/ E& {4 ?& \5 m( P. F　　CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。 ［1］ CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
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　　当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。
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, A) k6 R' @2 f+ r& T; X7 A　　CAN总线特征
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　　（1）报文（Message）总线上的数据以不同报文格式发送，但长度受到限制。当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。

' O( s/ W. k1 E  E　　（2）信息路由（Information Routing）在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。

　　（3）标识符（Identifier） 要传送的报文有特征标识符（是数据帧和远程帧的一个域），它给出的不是目标节点地址，而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
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　　（4）数据一致性应确保报文在CAN里同时被所有节点接收或同时不接收，这是配合错误处理和再同步功能实现的。

% ?" C) U0 B- N) B" W　　（5）位传输速率不同的CAN系统速度不同，但在一个给定的系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。
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　　（6）优先权 由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。标识符越小，优先权越高。

　　（7）远程数据请求（Remote Data Request） 通过发送远程帧，需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。
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- t' d/ k  E, @, _　　（8）仲裁（Arbitration） 只要总线空闲，任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文，就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送，如果发送的是“隐性”电平而监视到的是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。
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7 ^- B7 `3 w/ e2 V. T2 V2 l　　（9）总线状态 总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“0”，“隐性”对应逻辑“1”。“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态，所以两个节点同时分别发送“0”和“1”时，总线上呈现“0”。CAN总线采用二进制不归零（NRZ）编码方式，所以总线上不是“0”，就是“1”。但是CAN协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式。

& ~( w: C8 T6 M1 r- a" N: x: r- K　　（10）故障界定（Confinement） CAN节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。故障节点会被关闭。
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　　（11）应答接收节点对正确接收的报文给出应答，对不一致报文进行标记。

　　（12）CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps），或最大通信速率为1Mbps（设通信距离为40米）。

　　（13）CAN总线上的节点数可达110个。通信介质可在双绞线，同轴电缆，光纤中选择。
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　　（14）报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低，CAN有很好的校验机制，这些都保证了CAN通信的可靠性。

, L( q2 p2 A- I; }& U6 H　　CAN总线的特点

4 L+ P7 L9 b* r$ i6 u- t0 h8 i　　（1）具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；

　　（2）采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；

　　（3）具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上，形成多主机局部网络；

　　（4）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；
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) h# I2 ^, }' d5 ^7 ~! B　　（5）可靠的错误处理和检错机制；

/ V; b& ~2 N. W# [" A　　（6）发送的信息遭到破坏后，可自动重发；
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　　（7）节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

　　（8）报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
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　　协议内容
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$ N7 @* u# Z/ c0 X　　CAN总线的物理层是将ECU连接至总线的驱动电路。ECU的总数将受限于总线上的电气负荷。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码/解码、位定时和同步的实施标准。

　　总线竞争的原则

* O: p* F& `/ s; n0 T, s! _　　BOSCH CAN基本上没有对物理层进行定义，但基于CAN的ISO标准对物理层进行了定义。设计一个CAN系统时，物理层具有很大的选择余地，但必须保证CAN协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求，即出现总线竞争时，具有较高优先权的报文获取总线竞争的原则，所以要求物理层必须支持CAN总线中隐性位和显性位的状态特征。在没有发送显性位时，总线处于隐性状态，空闲时，总线处于隐性状态；当有一个或多个节点发送显性位，显性位覆盖隐性位，使总线处于显性状态。

8 B! A4 U& ^. I3 M　　在此基础上，物理层主要取决于传输速度的要求。从物理结构上看，CAN节点的构成如图7-8所示。在CAN中，物理层从结构上可分为三层：分别是物理信号层（Physical Layer Signaling，PLS）、物理介质附件（Physical MediaAttachment，PMA）层和介质从属接口（Media Dependent：Inter-face，MDI）层。其中PLS连同数据链路层功能由CAN控制器完成，PMA层功能由CAN收发器完成，MDI层定义了电缆和连接器的特性。目前也有支持CAN的微处理器内部集成了CAN控制器和收发器电路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI两层有很多不同的国际或国家或行业标准，也可自行定义，比较流行的是ISOll898定义的高速CAN发送/接收器标准。

/ `& S$ v5 D' c. J2 f1 i　　节点数量

+ S) l5 l$ o( ^7 w& Y1 V　　CAN网络上的节点不分主从，任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活，利用这一特点可方便地构成多机备份系统，CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。 CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。 CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。
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2 @) P' F" L4 I. C; M; R& t; v8 |8 z. @　　CAN的数据链路层

. @! J: x# P; M, E( t3 C　　CAN的数据链路层是其核心内容，其中逻辑链路控制（Logical Link control，LLC）完成过滤、过载通知和管理恢复等功能，媒体访问控制（Medium Access control，MAC）子层完成数据打包/解包、帧编码、媒体访问管理、错误检测、错误信令、应答、串并转换等功能。这些功能都是围绕信息帧传送过程展开的。