can协议.docx

该【can协议 】是由【guoxiachuanyue001】上传分享，文档一共【13】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【can协议 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。CAN总线是一种缩写,全称应是“控制器局域网络总线”,是英文ControllerAreaNetwork的首字母组合而成的。它是总线的一种,与我们常见的USB总线属于一类概念,只不过CAN总线采用差分信号传输,有很强的错误检测能力,通信距离远,因此被用到一些特殊的场合,比如汽车,厂矿等干扰较强的地方。
CAN总线是一种通信协议,是一种串行通信协议。
CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。
由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广,导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此,1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制订并发布了CAN技术规范()。该技术规范包括A和B两部分。,能提供11位地址;,提供29位地址。此后,1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网
(CAN)国际标准(ISO11898),为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路
CAN总线发展
控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。由于其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视,被广泛应用于诸多领域。而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时,CAN仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。由于CAN总线具有很高的实时性能和应用范围,从位速率最高可达1Mbps的高速网络到低成本多线路的50Kbps网络都可以任意搭配。因此,CAN己经在汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。
随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用,对其的通信格式标准化也提出了更严格的要求。1991年CAN总线技术规范()制定并发布。该技术规范共包括A和B两个部分。,。美国的汽车工程学会SAE在2000年提出了J1939协议,此后该协议成为了货车和客车中控制器局域网的通用标准。
相关组织
依据国际标准化组织/开放系统互连(InternationalStandardi-zationOrganization/OpenSystemInterconnection,ISO/OSI)参考模型,CAN的ISO/OSI参考模型的层结构如图7-6所示。
概念和特征
F面对CAN协议的媒体访问控制子戻的一些概念和特征做如下说明:
⑴报文(Message)总线上的报文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。
信息路由(InformationRouting)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。
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。
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。
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。
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。
远程数据请求(RemoteDataRequest)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
仲裁(Arbitraten)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。
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,如图7-7所示。
(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。
(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。
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)。
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。
报文是短帧结构,短的传送时间使其受干扰概率低,CAN有很好的效验机制,这些都保证了CAN通信的可靠性。
编辑本段2CAN总线协议内容
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
BOSCHCAN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。
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:分别是物理层信令(PhysicalLayerSignaling,PLS)、物理介质附件(PhysicalMediaAttachment,PMA)层和介质从属接口(MediaDependent: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MC68HC908GZ6PMA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。
节点数量
理论上,CAN总线上的节点数几乎不受限制,可达到2000个,实际上受电气特性的限制,最多只能接100多个节点。
CAN的数据链路层
CAN的数据链路层是其核心内容,其中逻辑链路控制(LogicalLinkcontrol,LLC)完成过滤、过载通知和管理恢复等功能,媒体访问控制(MediumAeeesscontrol,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。
编辑本段3CAN总线的报文传输和结构
报文类型
,不同之处为标识符域的长度不同,含有ll位标识符的帧称之为标准帧,而含有29位标识符的帧称为扩展帧。,两个版本的标准数据帧格式和远程帧格式分别是等效的,。为使控制器设计相对简单,并不要求执行完全的扩展格式对于新型控制器而言,必须不加任何限制的支持标准格式。但无论是哪种帧格式,在报文帧类型
传输时都有以下四种不同类型的帧:
数据帧(Data)数据帧将数据从发送器传输到接收器。
远程帧(Remote)总线单元发出远程帧,请求发送具有同一标识符的数据帧。
错误帧(Error)任何单元检测到总线错误就发出错误帧。
过载帧(Overload)过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。数据帧或远程帧与前一个帧之间都会有一个隔离域,即帧间间隔。数据帧和远程帧可以
使用标准帧及扩展帧两种格式。
讪本段4CAN总线应用领域
CAN总线最初是德国BOSCH为汽车行业的监测,控制而设计的。现已应用到铁路、交通、国防、工程、工业机械、纺织、农用机械、数控、医疗器械机器人、楼宇、安防等方面
CAN总线简介
1991年9月Bosch公司制定并发布了CAN技术规范()。该技术规范包括A和B两部分。
,
文格式。此后,1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工具数字交换高速通信控制器局部网国际标
准(1SOII898m高速CAN)以及低速标准(ISOII519—低速CAN)。美国汽车工程师学会(sAE)等组织和团体
也以CAN协议为基础颁布本组织的标准,遵循IS0/osI标准模型,CAN总线分为数据链路层和物理层。
,其中物理层具有很大的灵活性,方便用
户根据实际情况进行选择。
讪本段CAN总线特性
CAN总线是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤oCAN协议采用通信数据块进行编
码,取代了传统的站地址编码,使网络内的节点数在理论上不受限制。由于CAN总线具有较强的纠错能力、支持差分收发,因而适合高干扰环境,并具有较远的传输距离。CAN特性如下:
第一,CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。
第二,CAN协议遵循ISO/OSI参考模型,采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。
第三,CAN可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从,节点之间有优先级之分,因而通信方式灵活;
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术,优先级发送,节省了总线冲突仲裁时间,在重负载下性能良好;CAN可以点对点、一点对多点(成组)及全局广播等方式传送和接收数据。第四,CAN的直接通信距离最远可达10000m(传输速率为5kbit/s);最高通信速率可达1Mbit/s(传输距离为40m)。
第五,CAN上的节点数可达110个。
第六,CAN数据链路层采用短帧结构,每一帧为8个字节,易于纠错;CAN每帧信息都有CRC校验及其他
检错措施,有效地降低了数据的错误率;CAN节点在错误严重的情况下,具有自动关闭功能,使总线上其他节点不受影响。
第七,信号调制解调方式采用不归零(NRZ)编码/解码方式,并采用插入填充位技术。
第八,数据位具有显性"0”(Dominantbit)和隐性"T(Recessivebit)两种逻辑值,采用时钟同步技术,具有硬件自同步和定时时间自动跟踪功能。
编辑本段CAN总线的分层结构
LLC子层的主要功能是:为数据传送和远程数据请求提供服务,确认由LLC子层接收的报文已被接收,并为恢复管理和通知超载提供信息。MAC子层的功能主要是传送规则,亦即控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。物理层的功能是有关全部电气特性在不同节点问的实际传送。
,并描述与CAN有关的外层。物理
层定义了信号怎样进行发送,因而,涉及位定时、位编码元和同步的描述。在这部分技术规范中,未定义物理层中的驱动器港收器特性,以便设计时根据具体应用,对发送媒体和信号电平进行优化。
MAC子层是CAN协议的核心,它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。MAC子层可
响应报文帧、仲裁、应答、错误检测标定。MAC子层由称为故障界定的一个管理实时监控,它具有识别永久故障或短暂扰动的自检机制。LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知和恢复管理。
,物理层划分为:
物理信令(PLS—PhysicalSignaling);
物理媒体附属装置(PMA-physicalMediumAttachment):
媒体相关接EI(MDI—MediumDependentInterface)o
数据链路层划分为:
逻辑链路控带iJ();
2)媒体访问控目iiJ()
1991年9月PhilipsSemiconductors制订并发布TCAN技术规范(。该技术规范主要包括A和B两部分。,。ISO组织于1993年11月正式颁布了道路交通运输工具—数据信息交换一高速通信控制器局域网(CAN)国际标准IS011898
CAN总线简介
1991年9月Bosch公司制定并发布了CAN技术规范()。该技术规范包括A和B两部分。
,
文格式。此后,1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工具数字交换高速通信控制器局部网国际标
准(1SOII898m高速CAN)以及低速标准(ISOII519—低速CAN)。美国汽车工程师学会(sAE)等组织和团体
也以CAN协议为基础颁布本组织的标准,遵循IS0/osI标准模型,CAN总线分为数据链路层和物理层。
,其中物理层具有很大的灵活性,方便用
户根据实际情况进行选择。
编辑本段CAN总线特性
CAN总线是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤oCAN协议采用通信数据块进行编
码,取代了传统的站地址编码,使网络内的节点数在理论上不受限制。由于CAN总线具有较强的纠错能力、支持差分收发,因而适合高干扰环境,并具有较远的传输距离。CAN特性如下:
第一,CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。
第二,CAN协议遵循ISO/OSI参考模型,采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。
第三,CAN可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从,节点之间有优先级之分,因而通信方式灵活;CAN采用非破坏性逐位仲裁技术,优先级发送,节省了总线冲突仲裁时间,在重负载下性能良好;CAN可以点对点、一点对多点(成组)及全局广播等方式传送和接收数据。第四,CAN的直接通信距离最远可达10000m(传输速率为5kbit/s);最高通信速率可达1Mbit/s(传输距离为40m)。
第五,CAN上的节点数可达110个。
第六,CAN数据链路层采用短帧结构,每一帧为8个字节,易于纠错;CAN每帧信息都有CRC校验及其他
检错措施,有效地降低了数据的错误率;CAN节点在错误严重的情况下,具有自动关闭功能,使总线上其他节点不受影响。
第七,信号调制解调方式采用不归零(NRZ)编码/解码方式,并采用插入填充位技术。
第八,数据位具有显性"0”(Dominantbit)和隐性"T(Recessivebit)两种逻辑值,采用时钟同步技术,具有硬件自同步和定时时间自动跟踪功能。
编辑本段CAN总线的分层结构
LLC子层的主要功能是:为数据传送和远程数据请求提供服务,确认由LLC子层接收的报文已被接收,并为恢复管理和通知超载提供信息。MAC子层的功能主要是传送规则,亦即控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。物理层的功能是有关全部电气特性在不同节点问的实际传送。
,并描述与CAN有关的外层。物理
层定义了信号怎样进行发送,因而,涉及位定时、位编码元和同步的描述。在这部分技术规范中,未定义物理层中的驱动器港收器特性,以便设计时根据具体应用,对发送媒体和信号电平进行优化。
MAC子层是CAN协议的核心,它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。MAC子层可
响应报文帧、仲裁、应答、错误检测标定。MAC子层由称为故障界定的一个管理实时监控,它具有识别永久故障或短暂扰动的自检机制。LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知和恢复管理。
,物理层划分为:
物理信令(PLS—PhysicalSignaling);
物理媒体附属装置(PMA-physicalMediumAttachment):
媒体相关接EI(MDI—MediumDependentInterface)o
数据链路层划分为:
逻辑链路控带iJ();
媒体访问控目iiJ()
1991年9月PhilipsSemiconductors制订并发布TCAN技术规范(。
该技术规范主要包括A和B两部分。,。ISO组织于1993年11月正式颁布了道路交通运输工具—数据信息交换一高速通信控制器局域网(CAN)国际标准IS011898
随着现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多,如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统(ABS)、自动巡航系统(ACC)和车载多媒体系统等,这些系统之间、系统与显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换,如使用普通的线索完成这些数据之间的交换,线索总长可能超过1600m,实现起来是相当困难的。
为解决这一问题,德国的博世(Bosch)公司及几个半导体生产商开发出一种新型的车用控制器——CAN。
CAN简介
CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork)的简称,是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性,而且简单实用,网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。
CAN总线是一个多路传输系统,当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作,CAN总线对不同数据的传输速率不一样,对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输,速率为125K波特---1M波特,对车身调节系统(如空调)的数据实施低速传输,传输速率在10—125K波特,其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输,速率在两者之间,这样的区分提高了总线的传输效率。
CAN总线的特点
CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,其主要特点如下:
♦CAN总线为多主站总线,各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息,且不分主从;
♦CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术,高优先级节点优先传送数据,故实时性好;
♦CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能;
♦CAN总线采用短帧结构,每帧有效字节数最多为8个,数据传输时间短,并有CRC及其它校验措施,数据出错率极低;
♦CAN总线上某一节点出现严重错误时,可自动脱离总线,而总线上的其他操作不受影响;
♦CAN总线系统扩充时,可直接将新节点挂在总线上,因而走线少,系统扩充容易,改型灵活;
♦CAN总线的最大传输速率可达IMb/s,直接通信距离最远可达到10km(速率在5kbps以下);
♦CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧(11位报文标识符)时可达到110个,而在扩展帧(29位报文标识符)时,个数不受限。
CAN总线在车控制中的应用
现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块(包括照明指示和车窗、刮雨器等)、防抱死制动系统(ABS)防滑控制系统(ASR)等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。
XA\.(^
汽车CAW总銭與塔耳统衆柏
心』机17期股炭
本系统中,CAN节点采用:ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收发器(PCA82C250)的电路结构。
CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。
OL'll
Tik;
nC'T2
1
OL'TD
4
IJL'3-Wb5
Pin
11X1
PII
]i?u
刚
血
PI3
PI4
vi(}咖
PI3
PI6
P门
11JTI
iNft
INI13
n
TD
hAsVF
耳1
Li
;、»—J厂
卡馬
厂
皓”
HD

WH
PSiiN
JSADI
“肌*
强AIB
ISAlW
MAIJS
1JAI>&
Jili-ni
22LED2
MLI:IM
jftirhfi
2'1IlD?
-RK
MLJ
3l>ALE
却T-5
AD?
AIM
ALE
Al>3
CS
All:
|
Al>h
w
AIM
CLKOLT
VDI>S
vsst
VSS2
XTALI
KXIi
VIAL2
KXU
Mcrt>F:
VEJIU
MJIJ3
RST
tx
俯T
TK»
VS5
ver
CA\L
车身控制模块中的CAN应用层协议
协议原则
,根据车身控制模块的特点,采用源一目的方法,每个节点都有自己固定的标识地址,且节点数小于64,设计时可将中央控制模块设为主节点,而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能:
(1)特定信息的广播;
(2)主从节点之间的连接;
(3)主从节点之间的信息交换(包括故障信息)
本协议采用帧优先原则分配标识符,每一帧标识符中的高四位表示帧类型,不同帧类型有不同的优先权,优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序,协议中的29位标识符的分配如下:帧类型(4位)+目的地址(6位)+源地址(6位)+命令(或状态、报告)属性(13位)[或数据属性+分段标志+分段号(共13位)]。
对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外,原则上均需应答(发送确认帧以保证通讯正常)。
帧格式仲裁场和控制场定义
仲裁场由29位标识符ID28—IDO以及SRR、IDE和RTR组成,SJA1000中的寄存器17—21用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时,SRR=1,IDE=1,RTR=1/O(远程帧/数据帧)。标识符中的ID28—ID25为车身控制模块交换报文的帧类型(共4位)。ID24—ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址(或称为目的地址,共6位)。ID18—ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址(共6位)。ID12—ID5为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性(共8位),ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3—IDO为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号(共4位)。当ID4=0时,ID3—IDO控制场、数据寄存器0—7有效。对于远程帧,则可忽略ID4—ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3—DLC0可构成控制场,以决定数据帧的数据长度。

按车身控制模块的节点要求,通讯的信息帧分为表1所列的6种,表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。
表1车身樱制模块帧类即
2!命茂口门」
orMHih>10mI
Q10O
OKI
Hln