1、Version 1.20版2006年5月CAN-bus 2.0A/B標準CAN-bus簡介CAN-bus主要特性CAN-bus標準ISO/OSI網絡模型幀格式幀類型總線仲裁位流編碼目錄位填充錯誤檢測機制錯誤類型故障界定單元狀態振蕩器容差位定時同步控制器局域網CANController Area Network，最初是由德國Bosch公司設計的，應用于汽車的監測和控制。作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、本錢合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN-bus逐步被廣泛應用到各種控制領域。1991年9月，Philips半導體公司制定并發布CAN技術標準：CAN 2.0 A/B。1993年11月，ISO組

2、織正式公布CAN國際標準 ISO11898。CAN-bus是唯一成為國際標準的現場總線，也是國際上應用最廣泛的現場總線之一。CAN-bus簡介多主結構依據優先權進行總線訪問無破壞性的基于優先權的逐位仲裁借助驗收濾波器的多地址幀傳遞遠程數據請求全系統數據相容性錯誤檢測和出錯信令很遠的數據傳輸距離長達10Km高速的數據傳輸速率高達1Mbps高度實時性：每幀報文允許傳輸最高8個字節的數據發送期間喪失仲裁或出錯而遭到破壞的幀可自動重發暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離脫離總線的節點不影響總線的正常工作CAN-bus主要特性CAN-bus 標準 Version 2.0 CAN2.0A

3、：CAN標準報文格式CAN2.0B ：CAN標準報文格式和擴展報文格式ISO11898-1/2/3/4 國際標準CAN-bus 技術標準的目的定義數據鏈路層定義CAN協議在周圍各層中所發揮的作用 CAN-bus 標準ISO/OSI網絡模型LLC：邏輯鏈路控制子層MAC：媒體訪問控制子層Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover ManagementMedium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation

4、- Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/DeserializationApplicationPresentationSessionTransportNetworkData Link LayerPhysical LayerOSI Reference LayersPhysical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/SynchronizationPhysical Medium Attachment (PMA)

5、 - Driver/Receiver CharacteristicsMedium Dependent Interface (MDI) - ConnectorsISO/OSI網絡模型表述二種不同的CAN幀格式CAN標準2.0B中引入第二種報文格式標準幀和擴展幀具有11位標識符的CAN幀稱為：標準幀具有29位標識符的CAN幀稱為：擴展幀CAN控制器必須完全支持標準幀(收/發)CAN控制器必須支持接收擴展幀幀格式數據幀從發送節點向其它節點發送數據遠程幀向其它節點請求發送具有同一識別符的數據幀 錯誤幀指明已檢測到總線錯誤過載幀過載幀用以在數據幀或遠程幀之間提供一附加的延時 幀類型數據幀組成幀起始Sta

6、rt of Frame仲裁場Arbitration Frame控制場Control Frame數據場Data FrameCRC場CRC Frame應答場ACK Frame幀結尾End of Frame數據場的長度可以為0 允許DLC8 (*見協議實現指南)數據幀標準數據幀結構RTR=0Message ID 尋址舉例總線上“顯性電平支配“隱性電平；邏輯“0 =“顯性 電平； 邏輯“1 =“隱性電平。總線空閑時，任何節點可以開始發送報文；總線上每條報文都具有唯一的一個11位或29位標識符；報文標識符的值越小，報文具有越高的優先權；多個節點同時發送時，總線在“仲裁場進行“逐位仲裁 ；傳送高優先級報文

7、的節點贏得仲裁，并繼續傳輸報文；失去仲裁的節點在總線空閑時重新傳送。總線仲裁Bus Arbitration總線仲裁示意圖Arbitration Field位流編碼采用“不歸零NRZ方法編碼在完整的位時間里，位電平要么為“顯性，要么為“隱性；有足夠的跳邊沿利于總線各節點重新同步；要求采取“位填充Bit Stuffing。位流編碼Bit Coding幀間空間通過幀間空間Interframe Spacing隔離數據幀或遠程幀與先行幀；幀間空間的組成：3個隱性(“1)的間歇場 INTER MISSION 長度不限的總線空閑位場 BUS IDLE 錯誤被動節點發出的掛起傳送場SUSPEND TRANSM

8、ISSION當發送器檢測到位流里有5個連續相同值的位，便會自動在位流里插入一補充位，接收器會自動刪除這個補充位。最多經過5個位時間，各節點可以重同步；能夠通過總線上的錯誤標志Error Flag 6個連續相同的位反映發送錯誤。在固定的位場中不使用位填充。位填充Bit Stuffing位填充示意圖擴展數據幀結構RTR=0RTR=0擴展數據幀標準數據幀標準幀格式：具有11位標識符；擴展幀格式：具有29位標識符；兩種幀格式的區別通過“控制場Control Frame中的“識別符擴展位IDE bit來實現；兩種幀格式可出現在同一總線上。擴展數據幀也有二種，標準遠程幀、擴展遠程幀；除了沒有數據域(Dat

9、a Frame)，以及RTR位是隱性(“1)以外，與數據幀完全一樣。遠程幀擴展遠程幀RTR=1當節點檢測到一個或多個由CAN標準所定義的錯誤時產生。由于錯誤疊加，最終表現在CAN-bus的 Error Flag會有6-12bits不等。錯誤幀有三種情況會發送過載幀： 1、上次接收的數據未被CPU讀取就已經被再次濾波進來的CAN數據改寫，接收的數據幀結束后馬上發出。 2、CAN節點檢測到幀間隔的第一位或第二位為顯性位，在檢測到顯性位后馬上發出。 3、CAN節點采樣到錯誤幀的錯誤界定場或過載幀的過載界定場有顯性位，在檢測到顯性位后馬上發出。過載幀進行檢測錯誤，采取以下措施：監視對發送位的電平與被監

10、控的總線電平進行比較循環冗余檢查位填充報文格式檢查錯誤檢測機制CAN能夠檢測出如下類型錯誤位錯誤Bit Error填充錯誤Stuff Error形式錯誤 Form Error應答錯誤 Acknowledgment Error CRC 錯誤CRC Error未檢測報文錯誤率低于 4.7 * 10-11錯誤檢測機制位錯誤Bit Error：發送的位值和總線監視的位值不相符合時，檢測到一個位錯誤(除仲裁場、應答場外)；錯誤類型填充錯誤Stuff Error：如果在使用位填充編碼的位流中，出現了第六個連續相同的位電平，將檢測到一個位填充錯誤；錯誤類型形式錯誤 Form Error：當一個固定形式的位場

11、含有一個或多個非法位時，將檢測到一個形式錯誤；錯誤類型應答錯誤 Acknowledgment Error ：在應答間隙ACK SLOT所監視的位不為“顯性，那么會檢測到一個應答錯誤；錯誤類型CRC 錯誤CRC Error：如果接收器的CRC結果和發送器的CRC結果不同，將檢測到一個CRC錯誤。錯誤類型總線單元使用兩種錯誤計數器進行故障界定發送錯誤計數(TEC)接收錯誤計數(REC)錯誤計數規那么(共12條規那么)節點發送時產生錯誤，將導致TEC加8； 節點成功發送1幀報文后，TEC將減1 ，直到0 ；節點接收時檢測到錯誤，將導致REC加8； 節點成功接收1幀報文后，REC將減1，直到0；故障界

12、定單元存在的三種狀態錯誤主動(Error active)：“錯誤主動的單元可以正常地參與總線通訊，并在錯誤被檢測到時發出主動錯誤標志。錯誤被動(Error passive)：“錯誤被動的單元不允許發送主動錯誤標志。“錯誤被動的單元參與總線通訊，在錯誤被檢測到時只發出被動錯誤標志。 總線關閉(Bus off)：“總線關閉的單元不允許在總線上有任何的影響 (比方，關閉輸出驅動器)。單元狀態區分節點處于暫時錯誤和永久性故障；故障節點自動脫離總線，防止網絡鎖定。錯誤主動 錯誤被動 總線關閉單元狀態切換(1)TEC：發送錯誤計數 REC：接收錯誤計數單元狀態切換(2)CAN 物理層差動共模信號優點：極強

13、的抗干擾能力信號傳輸介質：雙絞線差動共模信號實例標準數據幀CANL 波形CANH 波形由于給定的最大振蕩器容差為1.58%，因此憑經驗可將陶瓷諧振器使用在傳輸率高達125 kbps的應用里。 有關更多準確的評估，請參考： Dais, S; Chapman, M; “Impact of Bit Representation on Transport Capacity and Clock Accuracy in Serial Data Streams,SAE Technical Paper Series 890532, Multiplexing in Automobiles SP-773 March 1989為了滿足CAN協議的整個總線速度范圍，需要使用晶振。具有最高振蕩準確度要求的芯片，決定了