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工业数据通信与控制网络第4讲CAN 通信技术阳宪惠清华大学自动化系 1CAN 简介?CAN[Controller work] 是控制器局域网的简称?它是德国 Bosch 公司在 1986 年为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线?现已被列入 ISO 国际标准 ISO11898 ?最初为汽车测控数据通信而设计的 CAN ,现已在多领域被广泛采用–航天、电力、石化、冶金、纺织、造纸、仓储等行业–火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机床、智能传感器、过程自动化仪表等 2 CAN 的主要技术特点?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?CAN 采用非破坏性的总线仲裁技术- 载波监听多路访问、逐位仲裁-先听再讲- 当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点会主动地退出发送,而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据,从而节省了总线冲突的仲裁时间。 CAN 网络上的节点具有不同的优先级–可满足对实时性的不同要求–高优先级的数据可在 134 微秒内得到传输 3 ?通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据,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 总线上的节点数决定于总线驱动电路,一般为–可达 110 个; ?报文标识符: – 为2032 种– 扩展帧的报文标识符几乎不受限制?CAN 为短帧结构,传输时间短,受干扰概率低 4 ?CAN 节点具有良好的检错功能,出错率低–节点中均有错误检测、标定和自检能力。?具有发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等。?CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。?CAN 的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活。?CAN 器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式–相当于未连接到总线驱动器–可降低系统功耗–其睡眠状态可借助总线激活或者系统的内部条件被唤醒。 5CAN 通信技术?CAN 的通信参考模型–CAN 的通信模型的分层结构?数据链路层–包括逻辑链路控制子层 LLC ?LLC 的主要功能是:为数据传送和远程数据请求提供服务,确认由 LLC 子层接收的报文实际已被接收,并为恢复管理和通知超载提供信息–媒体访问控制子层 MAC ?MAC 子层主要规定传输规则,即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定?物理层–物理层规定了节点的全部电气特性 6 数据链路层物理层逻辑链路子层接收滤波超载通知恢复管理媒体访问控制子层数据封装/拆装帧编码(填充/解除填充) 媒体访问管理错误监测出错标定应答串行化/解除串行化位编码/解码;位定时;同步; 驱动器/接收器特性 7 CAN 总线信号的显位与隐位?显位(0) –V CANH : –V CANL ?隐位(1) –V CANH –V CANL ?显位可改写隐位 8CAN 节点的网络连接 9CAN 技术规范? 是1991 年颁布的 CAN 技术规范的两个部分– 只有标准帧一种帧格式– 包括标准帧与扩展帧两种?标准帧与扩展帧的区别主要在仲裁场与控制场–标准帧具有 11位标识符–扩展帧具有 29位标识符 10