1CAN总线是什么
CANController Area Network是ISO国际标准化的串行通信协议。广泛应用于汽车、船舶等。具有已经被大家认可的高性能和可靠性。
CAN控制器通过组成总线的2根线CAN-H和CAN-L的电位差来确定总线的电平在任一时刻总线上有2种电平显性电平和隐性电平。
“显性”具有“优先”的意味只要有一个单元输出显性电平总线上即为显性电平并且“隐性”具有“包容”的意味只有所有的单元都输出隐性电平总线上才为隐性电平。显性电平比隐性电平更强。
总线上执行逻辑上的线“与”时显性电平的逻辑值为“0”隐性电平为“1”。
下图显示了一个典型的CAN拓扑连接图。
连接在总线上的所有单元都能够发送信息如果有超过一个单元在同一时刻发送信息有最高优先级的单元获得发送的资格所有其它单元执行接收操作。
2CAN总线的特点
CAN总线协议具有下面的特点
1) 多主控制
当总线空闲时连接到总线上的所有单元都可以启动发送信息这就是所谓的多主控制的概念。
先占有总线的设备获得在总线上进行发送信息的资格。这就是所谓的CSMA/CRCarrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance方法
如果多个设备同时开始发送信息那么发送最高优先级ID消息的设备获得发送资格。
2) 信息的发送
在CAN协议中所有发送的信息要满足预先定义的格式。当总线没有被占用的时候连接在总线上的任何设备都能起动新信息的传输如果两个或更多个设备在同时刻启动信息的传输通过ID来决定优先级。ID并不是指明信息发送的目的地而是指示信息的优先级。如果2个或者更多的设备在同一时刻启动信息的传输在总线上按照信息所包含的ID的每一位来竞争赢得竞争的设备也就是具有最高优先级的信息能够继续发送而失败者则立刻停止发送并进入接收操作。因为总线上同一时刻只可能有一个发送者而其它均处于接收状态所以并不需要在底层协议中定义地址的概念。
3) 系统的灵活性
连接到总线上的单元并没有类似地址这样的标识所以添加或去除一个设备无需改变软件和硬件或其它设备的应用层软件。
4) 通信速度
可以设置任何通讯速度以适应网络规模。
对一个网络所有单元必须有相同的通讯速度如果不同就会产生错误并妨碍网络通讯然而不同网络间可以有不同的通讯速度。
5) 远程数据请求
可以通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。
6) 错误检测、错误通知、错误恢复功能
所有单元均可以检测出错误错误检测功能。
检测到错误的单元立刻同时通知其它所有的单元错误通知功能。如果一个单元发送信息时检测到一个错误它会强制终止信息传输并通知其它所有设备发生了错误然后它会重传直到信息正常传输出去错误恢复功能。
7) 错误隔离
在CAN总线上有两种类型的错误暂时性的错误总线上的数据由于受到噪声的影响而暂时出错持续性的错误由于设备内部出错如驱动器坏了、连接有问题等而导致的。CAN能够区别这两种类型一方面降低常出错单元的通讯优先级以阻止对其它正常设备的影响另一方面如果是一种持续性的错误将这个设备从总线上隔离开。
8) 连接
CAN总线允许多个设备同时连接到总线上且在逻辑上没有数目上的限制。然而由于延迟和负载能力的限制实际可连接得设备还是有限制的可以通过降低通讯速度来增加连接的设备个数。相反如果连接的设备少通讯的速度可以增加。
3错误
3.1 错误状态
设备总是处于下面三个状态之一
1主动错误状态
在此状态下设备能够参加总线上的正常通讯。如果处于主动错误状态的设备检测到一个错误它会发送一个主动错误标志更细节见第6章的“CAN协议”。
2被动错误状态
是指易于引起错误的状态。
尽管处于被动错误状态的设备能够参加总线上的通讯但是在接收期间它不可能主动地向其它设备发送错误通知以避免影响它们的通讯。处于被动错误状态的设备即使检测到一个错误如果其它处于主动错误状态的设备没曾检测到错误那么也认为在总线上未曾出现过任何错误。
当处于被动错误状态的设备检测到一个错误的时候它发送一个被动错误标志。
另外处于被动错误状态的单元在发送结束后不能立刻再次开始发送。在开始下次发送前在间隔帧期间内必须插入“暂停发送期”由8个位的隐性位组成。
更细节见第6章的“CAN协议”。
3总线切断状态
处于此状态下时设备不能参加总线的通讯。设备所有的收发操作都被禁止。
这些状态是通过发送错误计数器和接收错误寄存器来管理相关错误状态由这些计数器值的组合来标识错误状态和计数器值之间的关系见表1和图4。
3.2 错误计数器的值
发送和接收错误计数器的值按照规定的条件来改变。
表2小结了错误计数器值改变的条件。
在一个数据收发操作中可能会发生多个条件重叠。
错误计数器增加的时间发生在错误标志的第一bit位置。
4CAN协议的基本概念
CAN协议包括OSI参考模型的传输层、数据链路层、物理层。图5显示了CAN协议每个层的定义。
数据链路层划分为MACMedium Access Control媒体存取控制和LLCLogical Link Control罗辑链路控制。MAC子层组成CAN协议的核心。数据链路层的功能是将从物理层接收到的信号组织成有意义的信息提供如传输错误控制等数据传输控制流程。更具体来说包括信息如何封装成一帧数据冲突仲裁、应答、错误的检测或通知。数据链路层的这些功能通常由CAN控制器硬件来实现。
物理层定义信号的实际传输方式、位的时序、位的编码、同步的过程步骤然而CAN协议并没有定义了信号电平、通讯速度、采样点值、驱动器和总线电气特征、连接器形式。对每个系统这些特征由用户自行确定。
在BOSCH公司的CAN协议中并没有关于收发器和总线的电气特征的定义而在ISO CAN协议中如ISO11898和ISO11519-2却对此有明确的定义。
