第7章控制局域网CAN总线技术原理 - PowerPoint 演示文稿.ppt

第7章 控制局域网（CAN）总线技术原理 主要内容 7.1 CAN的性能特点 7.2 CAN的技术规范 7.3 CAN的工作原理 7.1 CAN的性能特点 1986年2月Robert Bosch 公司在SAE汽车工程协会大会上，介绍了一种新型的串行总线——CAN控制器局域网，那是CAN诞生的时刻。 CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。 CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。 7.1 CAN的性能特点 其特点可概括如下： CAN为多主方式工作，网络上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，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。 CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134μs内得到传输。 CAN采用非破坏性总线仲裁技术，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，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况（以太网则可能）。 7.1 CAN的性能特点 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上的节点数主要取决于总线驱动电路，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。 7.1 CAN的性能特点 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。 CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。 CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 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。 7.2 CAN的技术规范 随着CAN在各种领域的应用和推广，对其通信格式的标准化提出了要求。 1991年 9月Phihps Semiconductors制订并发布了CAN技术规范（Version2.0）。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。 1993年11月ISO正式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域网（CAN）国际标准ISO 11898，为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。 7.2 CAN的技术规范 7.2.1 CAN的基本概念 报文：总线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。 7.2 CAN的技术规范 信息路由：在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息（如站地址）。这里包含一些重要概念： 系统灵活性——节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接入CAN网络。 报文通信——一个报文的内容由其标识符ID命名。ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。 成组——由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。 数据相容性——在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。 7.2 CAN的技术规范 位速率：CAN的数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个给定的系统中，此速度是唯一的，并且是固定的。 优先权：在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。 远程数据请求：通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。 多主站：当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元，赢得总线访问权。 7.2 CAN的技术规范 仲裁： 当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识位ID解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。 若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优先于远程帧。 仲裁期间，每一个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较，若相同则该单元可继续发送。当发送一个“隐性”电平（recessive level），而在总线上检测为“显性”电