1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業CAN總線協議解析李玉麗（吉林建筑工程學院電氣與電子信息工程學院，吉林長春， ）摘 要：現場總線的發展與應用引起了傳統控制系統結構的改變?？刂凭钟蚓W（C AN）總線因其自身的特點被廣泛應用于自動控制領域。本文對C AN總線協議作了詳盡解析。關鍵詞：C AN總線；隱性位；顯性位；節點中圖分類號：T U 85 文獻標識碼：ACAN（Cont roll e r A rea N et work）是分布式實時控制系統的串行通信局域網，稱謂CAN總線。在數據實時傳輸中，設計獨特、低

2、成本，具有高可靠性，得到廣泛應用。本文著重解析 C AN 技術規范 2.0B 版的 CAN的分層結構規范和 CAN 報文結構規范。重點在于充分理解 CAN總線協議精髓，有助于CAN總線的局網設計、軟件編程、局網維護。一、C AN的分層結構CAN 遵從O SI( Ope n Syste m I nte rc onnec ti onRe fe re nce Mode l) 模型，其分層結構由高到低如圖1所示。圖1 C AN的分層結構對應 OSI 模型為兩層，實際為三層，即 LLC、MA C、PL S。由此而知，對應于CAN總線系統每個節點都是三層結構。數據發送節點數據流為LLCMA CP LS ，

3、然后將數據發送到總線上；而對于掛在總線上的所有節點（包括發送節點）的接收的數據流為PL SMA CLLC。這種分層結構的規范保證了 CAN 總線的多主方式工作模式，即不分主從，非破壞性的仲裁工作模式。而 LLC 層的報文濾波功能可實現點到點、一點對多點、全局廣播、多點對一點，多點對多點等數據傳遞方式。各分層主要功能如下：LLC 層：接收濾波、超載通知、恢復管理；MAC 層：控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢測、出錯標定、故障界定。該層是CAN的核心；PL S 層：位編碼/ 解碼、位定時。二、CAN總線的報文規范CAN報文的傳送有 4 種不同類型的幀結構，數據幀、遠程幀、出錯幀、超載幀。CA B2.0

4、B 有4 種幀格式。（一）數據幀數據幀攜帶由發送節點到接收節點（或發送器到接收器），由 7 個不同的位場組成：幀起始位、仲裁場、控制場、數據場、CRC 場、應答場、幀結束。如圖2 所示。圖2 數據幀結構CAN2.0B 中存在兩種不同的幀格式。主要區別在于標識符的長度。具有11 位標識符的幀稱為標準幀，具有29位標識符的幀稱為擴展幀。本文只對第3 卷第3 期2008年9 月長春理工大學學報（高教版）J ourn a l o f C h a ngc hun U ni v e r s it y of S c i e n ce a ndT ec hno l ogy（H i ghe r E duca t

5、i onE d iti on）Vol. 3 No. 3Sep. 2008* 收稿日期：2008 05 14作者簡介：李玉麗（1973 ），女，本科，實驗師，研究方向為智能建筑電氣設備遠程監控。標準幀進行解析。1.幀起始標志位（SOF）由一個顯性位構成，表明某個節點開始發送信息，所有其它節點必須與此同步（硬同步），但只有在總線空閑時才允許起始位的發送。2.仲裁場（1）仲裁場的組成仲裁場如圖3所示。圖3 仲裁場的組成標識符為11位，遠程發送請求RTR為一個顯性位。（2）仲裁與優先級CAN總線的通訊模式為：載波監測、多主掌控/沖突（CSMA/CA）。這就使得總線上任一個節點向總線發送信息的機會是均等

6、的。只要總線空閑，誰都可以發送。但如果在同一時刻有兩上或兩個以上節點同時發送信息，這就發生沖突，這就需要仲裁，而且獲得仲裁的信息不受破壞。CAN是按位進行仲裁。當節點向總線發送信息同時，也在讀取總線的電平。如果發送的電平與讀取的電平相同，則繼續發送下一位，若不同則停止發送，退出競爭。余下的節點繼續重復上述過程，直到總線上只剩下一個節點發送的電平。而在沖突中被仲裁下的節點，待下一個總線空閑期再次嘗試發送。這種總裁技術明顯可以看出，在仲裁幀中，標識符的二進制數值小者有較高優先級。換句話在諸多競爭節點中，如果報文標識符的值最小，則此報文的優先級最高。3.控制場控制場如圖4所示。圖4 控制場組成IDE

7、：在CAN2.0B標準格式IDE應為顯性（隱性用r表示）。r0：保留位。DLC3DLC0：數據長度，最大數值為rddd（即隱顯顯顯）。通?！帮@性”表示傳輸0，“隱性”表示傳輸1，則最大數據為1000H，即8。4.數據場數據場即為被發送的數據，長度為08個字節，取決于控制場中數據長度DL3DL0。首先發送的最高有效位。5.CRC場CRC場結構如圖5所示。圖5 CRC場結構CRC場由CRC序列和CRC界定符組成，CRC序列為16位CRC檢驗碼，CRC界定符用于標注CRC序列的結束，為一位隱形位。CRC檢驗范圍從幀起始位開始直到數據場結束。其生成多項式為15+14+10+8+7+4+3+1。6.應答

8、場（ACK）應答場為兩位，如圖6所示。圖6 應答場組成在應答場中發送節點送出2個隱性位，所有接收到匹配CRC序列的節點，在應答間隙發送一個顯示位，以報告發送器接收無誤。應答界定符為一個隱性位。7.幀結束由7個隱性位構成，表示一幀內容結束。（二）遠程幀節點A如果索取B節點的數據時，則由A發送遠程幀，其A節點在仲裁場的標識符應為B節點的標識符相同。遠程幀由幀起始位、仲裁場、控制場、CRC場、應答場、幀結束6個場組成。它與數據幀的區別有：仲裁場的RTR位為隱性，標識此幀為遠程幀；無數據場；控制場中的PLC可為08的任意數值，但無意義。說明：對于仲裁場、控制場、數據場、CRC場、幀間空間使用填充技術進

9、行編碼，即每5個同狀態電平插入一位與它相補的電平，還原時再予以刪除。（三）出錯幀1.出錯幀格式出錯幀由2場組成，如圖7所示。圖7 出錯幀結構長春理工大學學報（高教版） 182 第3卷錯誤標志具有兩種形式：活動錯誤標識（由6個顯位組成）、認可錯誤標識（由6個隱位組成）。當一個節點發出錯誤幀時，其出錯標識為連續6個顯性位或連續6個隱性位。CAN總線規定使用填充技術的編碼不允許連續出現6個同狀態電平，某一節點標識傳送后，其它節點由于總線上的連續電平的出現，破壞幀格式，補發送錯誤標識，因此錯誤標識疊加后占612位。各節點在發出錯誤標識之后，都在監視總線，當檢測到一個隱性位后，再發送7個隱性位，故錯誤界

10、定符為8個隱性位。2.CAN總線的錯誤類型CAN總線有5種錯誤類型、它們互不排斥。位錯誤：總線檢測出某一位出錯。填充錯誤：使用填充方法進行編碼為報文中，出現6個連續相同的電平。CRC錯誤：CRC值不匹配。形式錯誤：固定的位場中出現非法位。應答錯誤：在應答間隙，發送節點未檢測到顯性位。當一個節點檢測到一個CRC錯誤時，標識在應答界定符之后發送，而其它錯誤在檢測出錯誤的下一位發送錯誤標識。3.CAN總線故障界定及處理每個CAN總線節點都設有發送出錯記數器和接收出錯計數器。發送器送出一個錯誤標識時，發送錯誤計數器加8，接收器檢測出一個錯誤，接收錯誤記數器加1或加8，報文成功發送后，發送錯誤計數器減1

11、，接報文成功接收后，接收錯誤計數器減1，有了如上規定之后，即可定義故障界定：一個節點如果其錯誤計數值在1127（含1、127）則為錯誤激活節點；在128255（含128、255）則為錯誤認可節點。錯誤激活節點檢測出錯誤時，發送活動錯誤標識。錯誤認可節點檢測出錯誤時，發送認可錯誤標識；當錯誤讀數值大于或等于256時，總線關閉。錯誤計數值大于96時，說明總線被嚴重干擾。對于總線關閉的節點，在監測總線上11個連續隱性位發生128次，則此節點總線啟動，成為錯誤計數器為零值的錯誤激活節點。（四）超載幀超載幀用于在接收節點未準備好的情況下請求對數據幀或遠程幀延時，由2個位場組成，見圖8。圖8 超載幀結構超

12、載標志及超載界定符與出錯幀標識相同，其引發和處理過程也是一樣的。（五）幀間空間不管何種幀，均以稱之為幀間空間的位場分開，但超載幀、出錯幀之前無幀間空間，如圖9所示。圖9 幀間空間結構間歇場為3個隱位，在此期間不允許啟動數據幀和遠程幀?？偩€空閑周期可以任意長。參考文獻：1李正軍.現場總線與工業以太網及其應用系統設計M.人民郵電出版社，2006.2史久根，張培仁，陳真勇.CAN現場總線系統設計技術M.國防工業出版社，2004.3求是科技.單片機通訊技術與工程實踐M.人民郵電出版社，2005.TheAnalysisofCANProtocolLi Yuli（ElectronicSchool ofJilinArchitectural andCivil EngineeringInstitute，Changchun，China）Abstract：Thedevelopment andapplicationoffieldbuscausedthechangesforthetraditional control system.Control LAN（CAN）busa