1、CAN基礎和Microchip ECANide1Microchip CAN解決方案集成CAN的解決方案PIC MCUCAN解決方案PIC18Fxx8（PIC18F258）dsPIC30FECAN解決方案PIC18Fxx8x（PIC18F2580）PIC18FxxK8x（PIC18F66K80）dsPIC33F和dsPIC33EPIC24H和PIC24EPIC32MX混合信號CAN IO擴展器MCP250 xx（MCP25050）獨立CAN控制器MCP2515CAN TCVRMCP2551未來/新CAN產品MCP2561高速CAN汽車級CAN收發器狀態：研發中。發布日期：2011年底MCP251

2、X帶有內部振蕩器的獨立增強型CAN控制器狀態： 概念/定義階段dsPIC33C24E系列帶有USB的CAN器件課程目標完成本課程之后，您將：能夠了解CAN協議的基礎知識能夠操作Microchip的ECAN模塊了解如何開始設計您自己的CAN節點課程安排CAN的基礎知識概述報文幀、發送和接收位時序錯誤處理ECAN控制器概述功能模式工作模式設置位時序設置器和過濾器設置發送緩沖器課程安排概述CAN概述CAN是一種串行通信協議所有節點連接在通用連接上所有節點必須使用相同的波特率每個節點可以在總線上發送或接收任意報文SpeedEngineABSCAN BUSTractionGearboxCAN概述每個節點

3、控制某些功能，每個節點通常由該功能標識系統設計的報文必須指定每個節點的標識符和節點將要發送應用程序代碼將構建發送的報文，并解譯收到的報文SpeedEngineABSCAN BUSTractionGearboxCAN概述有效支持分布式控制系統由國際標準化組織（ISO）和（SAE）共同制定標準汽車和工業市場領域汽車工程師學會使不同廠家生產的產品能夠協同工作網絡模型ISO/OSI七層網絡參考模型定義該系統化方案OSI 參考層物理層應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層數據鏈路層CAN數據鏈路層由ISO11898-1定義物理層的上半部分物理信令（PLS）位編碼/位時序/同步CAN物理層CAN高

4、速ISO11898-2支持最高1 Mbps的總線速度CAN低速（容錯）ISO11898-3支持最高125 kbps的總線速度ISO11898-5帶有低功耗模式的CAN高速CAN高速物理層通過CAN收發器（MCP2561）實現VCC 4.5V至5.5VTx和Rx為連接單片機的數字I/OCANH和CANL差分總線電壓為 0至3.0VDV 1.0V為顯性DV 0.5V為隱性CANH和CANL上持續耐壓高達58VCANH和CANL上瞬間耐壓達250V40m最大電纜長度1 Mbps 1km最大電纜長度50 kbps120 ohmVCCTxDriverCANHRxReceiverCANLVSS120 oh

5、mCAN總線CANTXCANHCANLDV 1VCANRXCAN物理層什么沒有被定義？物理介質連接（PMA）驅動器/特性介質相關接口（MDI）連接器CAN的主要特性快速、穩健的通信基于報文，而不是基于地址報文不是根據地址從一個節點發送到另一個節點支持點到點和組播報文系統可增加新的節點，而無需對所有節點更新尋址信息CAN基于報文（不是基于地址）報文含優先級和數據最高優先級的ID為節點可以請求數據（能力）最低的ID發送請求RTRCSMA/CD-CR帶解決的載波偵聽多路和檢測載波偵聽（CS） 在發送報文之前，每個節點必須監測到總線有一段時間沒有發生任何事件（MA） 如果有一段時間沒有發生任多路何事件

6、，每個節點發送報文的機會均等檢測（CD） 如果兩個節點在同一時間發送報文，就會發生CSMA/CD-CR解決（CR）非破壞性的逐位仲裁即使出現，報文仍保持完整所有仲裁均不損壞或延遲最高優先級報文任何在仲裁中失去優先級的報文在下一總線空閑時間自動重新發送CSMA/CD-CR要求必須定義顯性位和隱性位狀態（仲裁中顯性位占優）每個節點監測總線，以確定發送出去的位是否真的出現在總線上課程安排報文幀、發送和接收CAN的報文格式標識符（仲裁）在報文的起始處標識符有兩種格式：標準格式和擴展格式數據包含報文的數據字節0 8字節CAN總線的報文幀還含有幀起始、幀結束、CRC、控制和應答數據標識符ACK00 64位

7、11或29位幀起始幀結束CRC控制111111111仲裁兩個節點將繼續發送報文直到出現不匹配總線上的0優先級高于總線上的1失敗的節點停止發送報文，獲勝節點繼續發送“關鍵報文/引擎=196h”E“重要報文/車輪速度=19Eh”1900110011車輪速度引擎控制19600110010110仲裁示例仲裁失敗節發送隱性位點檢測到一個顯性位發送顯性位節點檢測到一個顯性位12課程安排位時序總線時序ACK標識符數據00 64位11或29位TBIT = 位時間總線速率決定每個位的時間如，1 Mbit / s - 1 us位時間位時間= 1 / 總線速率111111111位時序數據標識符ACK00 64位11

8、或29位采樣點一個CAN報文位由4部分組成同步段段相位段1相位段2111111111位時序每個位時序段由整數個時間單元（稱為時間量子（TQ）組成TQTQTQTQTQTQTQTQTQ1TQ1 - 8TQ1 - 8TQ1 - 8TQTBIT = 位時間TQ時間可配置為不同時間TQ定義為 2(BRP)(Tosc)波特率預分頻比（BRP）改變TQ時間最小= 1:1，最大值= 1:64位時間可在8至25 TQ范圍內變化AN754 Understanding Microchips CAN Moduit Timing同步段段相位段1相位段2同步位流中無時鐘在隱性到顯性轉換時同步硬同步出現于幀起始（SOF），

9、硬同步會復位位時鐘再同步出現在隱性到顯性（1到0）邊沿，并在必要時調整位時鐘硬同步再同步SOF位填充位填充確保產生隱性到顯性邊沿位填充出現在連續5個相同位之后隱性或顯性12345S1212填充位112345S123邊沿之間的最大時間位填充確保產生隱性到顯性邊沿填充位出現在第5個相同位之后表明同步邊沿之間的最大時間為10個位同步邊沿CAN位123456789101112S = 填充位SS課程安排錯誤處理錯誤處理CAN協議定義了幾種不同類型的錯誤情況確保報文的完整性對故障節點采取的措施（故障界定）根據故障數據，CAN節點能夠從正常工作過渡到與網絡徹底斷開故障界定絡停滯故障節點不停地發送報文使網主動

10、錯誤幀當節點檢測到CAN規范所定義的多種錯誤中的一種時，將產生主動錯誤幀錯誤回應錯誤標志錯誤定界符錯誤標志的疊加668000000000000111111116-12位CRC錯誤CRC字段15位CRC錯誤CRC字段附有15位CRC所有節點接收到報文，計算CRC并將結果與接收到的CRC進行驗證如果兩個CRC不相符，則檢測到一個CRC錯誤，并產生一個錯誤幀發送節點發現出現錯誤，重新發送原始報文應答錯誤Ack字段應答錯誤發送節點檢查應答間隙（ACK Slot）位，此位作為隱性位發送并檢測顯性位如果出現顯性位，至少有一個節點正確收到報文如果沒有出現顯性位，則產生應答錯誤，生成錯誤幀，報文將重復發送形式

11、錯誤Ack字段CRC錯誤定界符形式錯誤任何在CRC定界符、Ack定界符、幀結束（EOF）或幀間空間中檢測到顯性位的節點，會生成形式錯誤的錯誤幀原報文則重新發送字段幀結束填充錯誤CRC仲裁控制數據填充錯誤如果在SOF和CRC定界符之間檢測到6個相同極性的連續位，則了位填充規則發送錯誤幀，隨后重復發送報文幀起始字段字段字段字段位錯誤CRCAck控制數據幀位錯誤當發送器監測到總線上的信號和其發送的信號相反時，出現位錯誤例外情況：仲裁期間（標準仲裁程序）在應答間隙位（基于有效的報文確認）幀起始字段字段字段結束故障界定借助錯誤計數器的執行，CAN定義了三種錯誤狀態：錯誤主動、錯誤錯誤主動為正常模式和總線

12、關閉允許發送報文和主動錯誤幀節點3主動錯誤計數器TEC: 000REC: 000節點2主動錯誤計數器TEC: 000REC: 000節點1主動錯誤計數器TEC: 000REC: 000故障界定任一錯誤計數器超過95時，產生中斷任一錯誤計數器超過127時，節點狀態變為錯誤可發送和接收報文以及錯誤幀錯誤計數器錯誤計數器錯誤計數器錯誤TEC: 000TEC 127TEC: 000節點1節點2節點3REC 95REC: 000REC: 000主動主動故障界定發送錯誤計數器值 255時，節點狀態變為總線關閉不能在總線上發送任何報文只有發送錯誤計數器（TEC）才會引起“總線關閉”節點3主動錯誤 計數器TE

13、C: 000REC: 000節點2總線關閉錯誤 計數器TEC 255REC: 000錯誤節點1主動錯誤 計數器TEC: 000REC 95從總線關閉恢復有兩種方法恢復1.2.轉換到配置模式檢測到128次11個連續隱性位（即，長時間總線空閑或128條有效報文，或兩者都有）REC 127和TEC 127REC 127或TEC 127TEC 255錯誤錯誤主動總線關閉復位課程安排ECAN控制器概述器和過濾器ECAN？CAN（控制器局域網）為行業術語，指ISO11898-1規范中定義的協議ECAN（增強型控制器局域網）為 Microchip術語，指新一代PIC單片機中的 CAN模塊PIC18F66K8

14、0系列 ECAN增強型控制器局域網（ECAN） PIC18F25/45/65K80、PIC18F26/46/66K80 PIC18LF25/45/65K80、PIC18LF26/46/66K80CAN 2.0B Active（11和29位標識符）特性：完全向下兼容舊的帶有CAN的PIC單片機附加功能和特性3個獨立的功能模式額外緩沖器、過濾器和器資源DeviceNet、自動RTR支持和FIFO模式PIC18F66K80 系列概述Operating voltageF:LF:1.8 to 5.5V1.8 to 3.6VECAN（PIC18F K80 系列）發送器模塊發送字節排序器CAN 2.0B 引

15、擎位時序邏輯CRC 接收錯誤計數器比較器移位/CRC/解填充協議機發送緩沖器TXB2發送緩沖器TXB1發送緩沖器TXB0B4狀態機接收模塊報成緩沖器（MAB）BD5eviceNet接受 過濾器 RXF0 RXF1 RXF2 RXF3 RXF4 RXF5 RXF6 RXF7 RXF8 RXF9 RXF10 RXF11 RXF12 RXF13 RXF14RXF15/RXM2RXB0RXB1B0 B1 B2 B3接受 器 RXM0 RXM1課程安排功能模式ECAN模塊（功能模式）3個功能模式：模式0 傳統模式（ECANCON = 0 x00）默認模式模式1 支持DeviceNet的增強型傳統模式（E

16、CANCON = 0 x40）模式2 支持DeviceNet的FIFO模式（ECANCON = 0 x80）功能模式0模式0（傳統模式）資源3個TX 緩沖器（2個RX 緩沖器（）1個報成緩沖器6個完全接受過濾器2個完全接受器功能模式1模式1：增強型傳統模式資源3個TX緩沖器（）2個RX緩沖器（6個TX或RX緩沖器（可編程）1個報成緩沖器15或16個完全接受過濾器2或3個完全接受器自動RTR處理用于DeviceNet支持的標準報文可編程數據篩選設置 功能模式1的步驟選擇要配置的工作模式選擇正確的功能模式選擇位速率（和模式0一樣）設置Bn發送/接收緩沖器使能過濾器將過濾器分配給RX緩沖器將過濾器分

17、配給器器/過濾器寄存器（和模式0一樣）初始化將工作模式設置為正常模式設置功能模式1通用TX / RX緩沖器6個可選TX/RX緩沖器（14字節SRAM）（n = 0-5，m = 0-7）：BnCONBnSIDH、BnSIDL、BnEIDH和BnEIDLBnDm BnDLC決定6個通用緩沖器中有幾個使用在RX或TX中通過將BSEL0寄存器中的相應位置1，使能TX緩沖器；否則緩沖器被設置為RX功能模式2模式2：增強型FIFO模式RX緩沖器形成1個8級循環接收FIFO（先進先出）模式過濾器和模式2資源器不用于單個的緩沖器，而是用于FIFO3個TX緩沖器（2個RX緩沖器（）6個TX或RX緩沖器（可編程）

18、1個報成緩沖器15或16個完全接受過濾器2或3個完全接受自動RTR處理器用于DeviceNet支持的標準報文可編程數據篩選功能模式2 接收FIFO僅存在于模式2中最深達8級從RXB0開始，在B5或第一個TX結束接收緩沖器FIFO長度8級FIFO長度6級發送緩沖器RXB0RXB1B0(R)B1(R)B2(R)B3(R)B4(T)B5(T)RXB0RXB1B0(R)B1(R)B2(R)B3(R)B4(R)B5(R)如何選擇 所需的功能模式模式0舊代碼（模式1設計時間有限）靈活的硬件過濾（需要有限的應用支持）可用于自動RTR和DeviceNet支持模式2可用于高突發模式傳輸可用于自動RTR和Devi

19、ceNet支持課程安排工作模式器和過濾器ECAN模塊 工作模式CANCON中的REQOP位用于請求模式改變CANS中的OPMODE位反映了當前模式100 = 配置模式011 = 僅偵聽模式010 = 環回模式001 = 禁用（休眠）模式000 = 正常工作模式工作模式 配置模式用于模塊初始化的寄存器僅在模塊處于配置模式時可被位時序配置寄存器過濾器寄存器寄存器器件復位時，模塊復位到配置模式工作模式正常工作模式設定REQOP=000，以改變為正常工作模式當OPMODE位反映正常工作模式時，模塊激活應用可運行并使用ECAN模塊R/W-1R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0U-

20、0REQ0OP2RE0QOP1RE0QOP0Bit 7654321Bit 0CANCON 寄存器R-1R-0R-0U-0R-0R-0R-0U-0OP0MOD2OP0MODOP0MODBit 7CANS6寄存器54321Bit 010-ICOD2ICOD1ICOD0-ABATWIN2WIN1WIN0-課程安排設置位時序器和過濾器位時序PRSEG規定1 8 個TQ為段SEG1PH規定1 8 個TQ為相位段1SEG2PH規定1 8 個TQ為相位段2TQTQTQTQTQTQTQTQTQ1TQ1-8TQ1-8TQ1-8TQTBIT = 位時間Bit 7654321Bit 0BRGCON2Bit 7Bit

21、 0BRGCON3654321WAKDISWAKFIL-SEG2PH2SEG2PH1SEG2PH0SEG2PHTSSAMSEG1PH2SEG1PH1SEG1PH0PRSEG2PRSEG1PRSEG0同步段段相位段1相位段2位時序SJW規定1-4個TQ為再同步SEG2PHTS規定相位段2時序的選項 SAM規定位采樣的次數（1或3）Bit 7654321Bit 0BRGCON1Bit 7654321Bit 0BRGCON2Bit 7654321Bit 0BRGCON3WAKDISWAKFIL-SEG2PH2SEG2PH1SEG2PH0SEG2PHTSSAMSEG1PH2SEG1PH1SEG1PH0

22、PRSEG2PRSEG1PRSEG0SJW1SJW0BRP5BRP4BRP3BRP2BRP1BRP0位時序BRP 指定TQ分頻比BRP = (tTQ)(FOSC) / 2 1或BRP = (tBIT/n)(FOSC) / 2 1其中n = 每位TQ個數654321SJW1SJW0BRP5BRP4BRP3BRP2BRP1BRP0Fbus = 500 kb/s公式：(64 MHz/16)/(2*500 kbps) = (BRP + 1)Fosc = 64 MHz#TQ = 16Fbus = 500 kbpsTbit = 2 usBRP = 3BRGCON1 = 0 x83同步段段相位段1相位段2T

23、QTQTQTQTQ TQ TQTQTQTQ TQ TQ TQTQTQTQTQTQ1TQ3TQ8TQ6TQTBIT = 2 us課程安排設置器和過濾器標準CAN標識符標準CAN標識符(11bit)通常寫為進制01101011110 = 0 x35ECAN寄存器為8位寬01101011110 = 0 x35ERXBnSIDH = 01101011 = 0 x6BRXBnSIDL = 110 00000 = 0 xC0對ID位進行和過濾CAN 報文過濾器/器真值表報文標識符接受或器位 n 過濾器位 n位 n位 n0110101111000XX接受100接受101標準Id = 0 x35E110111

24、接受RTR幀起始仲裁字段控制字段數據字段CRC字段Ack字段幀結束對ID位進行和過濾ID = 0 x35E01101011110CAN 總線接收器01101011110接收過濾器接收緩沖器器和過濾器設置ID 0 x354、0 x356、0 x35C和0 x35EX1X00110101X1X011111110101接收報文硬件設置過濾器和器，以辨認感的報文解釋數據字段，并作用于報文內容發送出錯誤幀接收報文協議引擎接收報文并保存報成緩沖器（MAB）。報文去填充，刪除CRC和幀位。TX RXCAN 協議引擎RXB1RXB0MAABBRXF5RXF1RXF4RXF0RXF3RXM0RXF2RXM1接收

25、報文報文地址與所有過濾器相比較RXF5TX RXCAN協議引擎RXB1RXB0MABRXF1RXF4RXF0RXF3RXM0RXF2RXM1接收報文如果過濾器檢測到一處匹配則MAB的內容會傳送到與過濾器相關的接收緩沖器中TX RXRRXXBB11RXB0CAN協議引擎MABRXF5RXF1RXF4RXF0RXF3RXM0RXF2RXM1接收緩沖器寄存器每個RX緩沖器有14個相關的寄存器RXBnCON為控制和狀態寄存器 4個ID寄存器RXBnDLC為數據長度代碼寄存器RXBnD0-RXBnD7包含數據寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RXB0CON (buff

26、. 0)RXFULRXM1RXM0-RXRTRRXB0DJTOILHIT0RXB1CON (buff. 1)RXFULRXM1RXM0-RXRTRFILHIT2FILHIT1FILHIT0RXBnSIDHSID10SID9SID8SID7SID6SID5SID4SID3RXBnSIDLSID2SID1SID0SRRIDE-EID17EID16RXBnEIDHEID15EID14EID13EID12EID11EID10EID9EID8RXBnEIDLEID7EID6EID5EID4EID3EID2EID1EID0RXBnDLC-RXRTRRB1RB0DLC3DLC2DLC1DLC0RXBnDmD

27、7D6D5D4D3D2D1D0過濾器命中位FILHIT位表明哪個過濾器引起報文的接收例如：對于接收緩沖器1和 RXB1CON寄存器，有3個位表明過濾器2-5RXF3匹配， FILHIT = b011接受過濾器RXF0Identifier標識符數據字段數據字段011R/C-0R/W-0R/W-0U-0R-0R-0R-0R-0Bit 7654321Bit 0RXB1CON 寄存器RXFULRXM1RXM0-RXRTRFILHIT2FILHIT1FILHIT0R X B 1M A BR X B 0接受過濾器RXF5接受過濾器RXF1接受過濾器RXF4接受過濾器RXF3接受器RXM0接受過濾器RXF2

28、接受器RXM1過濾器命中位對于接收緩沖器0（即 RXB0CON寄存器），有1個位表明過濾器0-1例如：RXF1和FILHIT0 = 1匹配RXRTRRO = 1時，接收到接受過濾器RXF0Identifier標識符一個發送請求數據字段數據字段1R/C-0R/W-0R/W-0U-0R-0R/W-0R-0R-0Bit 7654321Bit 0RXB0CON寄存器RXFULRXM1RXM0-RXRTRRORXB0DBENJTOFFFILHIT0R X B 1M A BR X B 0接受過濾器RXF5接受過濾器RXF1接受過濾器RXF4接受過濾器RXF3接受器RXM0接受過濾器RXF2接受器RXM1雙

29、緩沖RXB0RXB0DBEN = 1時，對RXB0接收緩沖器進行雙緩沖如果RXB0接收另一報文時已滿，且RXB1可用，則新的報文將發送到 RXB1接受過濾器RXF0標識符標識符數據字段數據字段001R/C-0R/W-0R/W-0U-0R-0R-0R-0R-0Bit 7654321Bit 0RXB1CON 寄存器RXFULRXM1RXM0-RXRTRROFILHIT2FILHIT1FILHIT0R X B 1M A BR X B 0接受過濾器RXF5接受過濾器RXF1接受過濾器RXF4接受過濾器RXF3接受器RXM0接受過濾器RXF2接受器RXM1接收中斷/標志RXBnIE使能中斷CAN接收緩沖

30、器中斷使能RXBnIF標志緩沖器狀態RXFUL清零以接收緩沖器RXBnIF清零以清除狀態R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0Bit 7PIE5 寄存器654321Bit 0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0Bit 7PIR5 寄存器654321Bit 0IRXIFWAKIFERRIFTXB2IFTXB1IFTXB0IFRXB1IFRXB0IFIRXIEWAKIEERRIETXB2IETXB1IETXB0IERXB1IERXB0IE課程安排器和過濾器設置發送緩沖器發送緩沖器將報文載入3個發送緩沖器的任何一個

31、中，排隊等候發送TXRX協議引擎字節排序器TXB0TXB1TXB2發送緩沖器每個TX緩沖器有14個相關的寄存器TXBnCTRL為控制和狀態寄存器 4個ID寄存器TXBnDLC為數據長度代碼寄存器TXBnD0-TXBnD7包含數據寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0TXBnCONTXBIFTXABTTXLARBTXERRTXREQ-TXPRI1TXPRI0TXBnSIDHSID10SID9SID8SID7SID6SID5SID4SID3TXBnSIDLSID2SID1SID0-EXIDE-EID17EID16TXBnEIDHEID15EID14EID13EID1

32、2EID11EID10EID9EID8TXBnEIDLEID7EID6EID5EID4EID3EID2EID1EID0TXBnDLC-TXRTR-DLC3DLC2DLC1DLC0TXBnDmD7D6D5D4D3D2D1D0發送報文硬件設置總線時序以標識符和數據創建報文內容必要時應用會發送報文檢查錯誤條件檢查仲裁失敗發送報文要啟動CAN發送，置1 TXREQ位在TXREQ置1后模塊使用緩沖器如果總線繁忙，則報文需要排隊發送完成時， TXREQ位自動清零發送完成時，模塊生成CAN中斷R/C-0R-0R-0R-0R/W-0U-0R/W-0R/W-0Bit 7654321Bit 0TXBnCON 寄存器TXBIFTXABTTXLARBTXERRTXREQ-TXPRI1TXPRI0發送中斷/標志TXBnIE使能中斷發送完成中斷TXBnIF標志緩沖器狀態發送報文無需清零R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0Bit 7PIE5 寄存器654321Bit 0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0Bit 7PIR5 寄存器654321Bit 0IRXIFWAKIFERRIFTXB2IFTXB1IFTXB0IFRXB1IFRXB0IFIRXIE