CAN總線(xiàn)光纖中繼器匯報(bào)人：沈拓時(shí)間：2016.9.25目錄CONTENT1引言2研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景4CAN總線(xiàn)中繼器介紹5總結(jié)3CAN總線(xiàn)技術(shù)介紹1引言

近年來(lái),隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互滲透,信息交換正以前所未有的速度廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,傳統(tǒng)的RS232等通信標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的通信需要,而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)以其開(kāi)放性、數(shù)字化、多點(diǎn)通信以及造價(jià)低廉的特性,越來(lái)越受到用戶(hù)的青睞。CAN就是最具代表性的一種總線(xiàn),它是由德國(guó)BOSch公司80年代初為解決汽車(chē)中眾多數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN是一種采用無(wú)破壞性位競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)串行多主通信的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。由于具有抗干擾能力強(qiáng)、報(bào)文短、實(shí)時(shí)性好和組網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，CAN總線(xiàn)被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境惡劣、電磁輻射大、對(duì)可靠性要求高的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)和汽車(chē)部件控制等領(lǐng)域。2研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景2.1CAN總線(xiàn)的研究現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀：在歐美，CAN總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用已十分成熟，大部分汽車(chē)制造商，如寶馬、保時(shí)捷、勞斯萊斯、大眾、沃爾沃、雷諾等都已經(jīng)使用了CAN總線(xiàn)支持CAN協(xié)議的有英特爾、摩托羅拉、惠普、西門(mén)子、MICROCHIP、NEC等著名公司國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀：在國(guó)內(nèi)，關(guān)于CAN總線(xiàn)應(yīng)用的成果大量發(fā)表在各類(lèi)相關(guān)的科技期刊上,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛:如樓宇監(jiān)控和電梯的控制系統(tǒng)、機(jī)器人的分布式控制系統(tǒng)、船艦上的控制系統(tǒng)和醫(yī)療儀器主監(jiān)控系統(tǒng)、軸承檢測(cè)系統(tǒng)、礦井監(jiān)控系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)燈光監(jiān)控系統(tǒng)、船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀(VDR)等等諸多領(lǐng)域2.2CAN總線(xiàn)的發(fā)展前景

CAN總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò),其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛是因其具有如下特點(diǎn):(1)可以多主方式工作;(2)通信方式靈活;(3)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息可分成不同的優(yōu)先級(jí),可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求;(4)采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技;(5）系統(tǒng)可擴(kuò)充性能好。

(6）CAN是被最早制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

基于以上特點(diǎn)，CAN總線(xiàn)技術(shù)必然會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)時(shí)代的到來(lái)以及我國(guó)不斷的經(jīng)濟(jì)改革以及市場(chǎng)開(kāi)放的巨大需求而得到更加深入的理解和更為廣泛的應(yīng)用,將使控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生一次根本性變革。3CAN總線(xiàn)技術(shù)介紹3.1CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

CAN總線(xiàn)，全稱(chēng)ControllerAreaNetwork，中文為控制器局域網(wǎng)，是現(xiàn)今汽車(chē)行業(yè)里被廣泛應(yīng)用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。CAN總線(xiàn)技術(shù)是由德國(guó)Bosch公司開(kāi)發(fā)的，最終發(fā)布了正式的

CAN總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。CAN總線(xiàn)是一種串行通訊，它將各控制節(jié)點(diǎn)以某種結(jié)構(gòu)連接在一起，實(shí)現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)共享，是一種分布式多主結(jié)構(gòu)的總線(xiàn)。

3.2CAN總線(xiàn)的系統(tǒng)構(gòu)成

CAN總線(xiàn)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)，也是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線(xiàn)主要由四部分組成：導(dǎo)線(xiàn)、CAN控制器、CAN收發(fā)器和終端電阻。其中導(dǎo)線(xiàn)為雙絞線(xiàn)，其介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。CAN控制器主要對(duì)收發(fā)的信號(hào)進(jìn)行解析翻譯。CAN收發(fā)器用于接收和發(fā)送信息到總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上。終端電阻是防止CAN信號(hào)發(fā)生反射，導(dǎo)致通訊故障。CAN總線(xiàn)的系統(tǒng)組成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)相關(guān)介紹如下。3.2.1CAN總線(xiàn)的系統(tǒng)組成

其中使用微處理器負(fù)責(zé)CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)處理，完成收發(fā)啟動(dòng)等特定功能。CAN控制器扮演實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的角色，它提供了微處理器的物理線(xiàn)路接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器提供了CAN控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，是影響系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素之一。CAN總線(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖：3.2.2CAN總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)CAN總線(xiàn)是一種分布式的控制總線(xiàn)，總線(xiàn)上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)一般來(lái)說(shuō)都比較簡(jiǎn)單，通過(guò)CAN總線(xiàn)將各節(jié)點(diǎn)連接只需要較少的線(xiàn)纜，可靠性也較高。

在總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，傳輸介質(zhì)是一條總線(xiàn)，工作站通過(guò)相應(yīng)硬件接口接到總線(xiàn)上。一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)，所有其他站都能接收。樹(shù)形拓?fù)涫强偩€(xiàn)拓?fù)涞臄U(kuò)展形式，傳輸介質(zhì)是不封閉的分支電纜。因?yàn)樗泄?jié)點(diǎn)共享一條傳輸鏈路，一次只允許一個(gè)站發(fā)送信息，需有某種存取控制方式，確定下一個(gè)可以發(fā)送的站。信息也是按分組發(fā)送，達(dá)到目的站后，經(jīng)過(guò)地址識(shí)別，將信息復(fù)制下來(lái)?？偩€(xiàn)拓?fù)溆泻芏喾矫娴膬?yōu)點(diǎn)，如：（1）總線(xiàn)結(jié)構(gòu)所需要的電纜數(shù)量少。（2）總線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又是無(wú)源工作，有較高的可靠性。（3）易于擴(kuò)充，增加或減少用戶(hù)比較方便。

CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：3.2.3CAN總線(xiàn)傳輸介質(zhì)

CAN總線(xiàn)可使用多種傳輸介質(zhì)，常用的如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等，同一段CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)要采用相同的傳輸介質(zhì)?；陔p絞線(xiàn)的CAN總線(xiàn)分布系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。其主要特點(diǎn)如下：雙絞線(xiàn)采用抗干擾的差分信號(hào)傳輸方式；技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)、造價(jià)低；對(duì)環(huán)境電磁輻射有一定的抑制能力；使用非屏蔽雙絞線(xiàn)時(shí)，只需要2根線(xiàn)纜作為差分信號(hào)線(xiàn)傳輸；使用屏蔽雙絞線(xiàn)時(shí)，除需要兩根差分信號(hào)線(xiàn)連接以外，還要注意在同一網(wǎng)絡(luò)段中的屏蔽層單點(diǎn)接地問(wèn)題。3.3CAN總線(xiàn)的性能特點(diǎn)

CAN屬于總線(xiàn)式串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可概括為：(1)

CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)

l0km；通信速率最高可達(dá)1Mbps；(2)CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)110個(gè)。(3)CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。(4)CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。(5)CAN的通信介質(zhì)可使用雙絞線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)，價(jià)格低廉，可靠性強(qiáng)。3.4CAN總線(xiàn)分層結(jié)構(gòu)CAN總線(xiàn)的分層結(jié)構(gòu)與OSI模型的關(guān)系：

數(shù)據(jù)鏈路層可以分為兩層,邏輯鏈路控制層LLC和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層MAC。LLC層主要為數(shù)據(jù)發(fā)送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求來(lái)服務(wù)，確認(rèn)LLC層報(bào)文實(shí)際是否被接收，并提供信息給恢復(fù)管理和超載通知。在定義目標(biāo)處理時(shí)，存在很多靈活性。MAC子層定義了發(fā)送規(guī)則，及實(shí)現(xiàn)控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定、故障界定等功能。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將物理層的物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成有含義的信息，提供一些數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂屏鞒獭?/p>

物理層是各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)際發(fā)送的物理信號(hào)的傳輸層，它包含傳輸方式、時(shí)序、編譯、重同步等過(guò)程。3.5CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CAN總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最廣泛的是ISO11898，一共分為五個(gè)部分。第一部分ISO11898-1：描述CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層信號(hào)傳輸?shù)囊?guī)范內(nèi)容。第二部分ISO11898-2：描述高速CAN總線(xiàn)的物理層的一些規(guī)范和接口。包括高速CAN的系統(tǒng)電氣特性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?、終端電阻、總線(xiàn)錯(cuò)誤等描述。第三部分ISO11898-3：描述速率在40kb/s至125kb/s之間的低速CAN總線(xiàn)數(shù)字信息交換的特性。規(guī)范了一些關(guān)鍵的物理層參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、終端電阻、時(shí)間延遲等要求。當(dāng)使用低速CAN做開(kāi)發(fā)時(shí)要參考此標(biāo)準(zhǔn)。第四部分ISO11898-4：描述各電控節(jié)點(diǎn)之間在CAN總線(xiàn)通訊中時(shí)間觸發(fā)的數(shù)據(jù)交互的一些特性。第五部分ISO11898-5：描述在低電模式下的高速CAN的物理特性。3.6CAN報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)

報(bào)文中的位流按照非歸零碼（NRZ）方法編碼。報(bào)文傳送由4種不同類(lèi)型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線(xiàn)單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀；出錯(cuò)幀由檢測(cè)出總線(xiàn)錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送；超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。一、數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀尾。數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可為0。

在CAN2.0B中存在兩種不同的幀格式（標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式）。二、遠(yuǎn)程幀作為接收器的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)向相應(yīng)的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀來(lái)激活該源節(jié)點(diǎn)，讓它把該源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收器。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同位場(chǎng)組成:幀起始場(chǎng)、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)(ACK)、幀結(jié)束場(chǎng)。三、錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志疊加場(chǎng)和錯(cuò)誤幀界定符組成錯(cuò)誤標(biāo)志具有兩種形式：一種是活動(dòng)出錯(cuò)標(biāo)志；一種是認(rèn)可出錯(cuò)標(biāo)志?；顒?dòng)出錯(cuò)標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的顯位組成；而認(rèn)可出錯(cuò)標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的隱位組成，它可被來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的顯位改寫(xiě)。出錯(cuò)界定符包括8個(gè)隱位。四、超載幀

超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：超載標(biāo)志和超載界定符。超載標(biāo)志由6個(gè)顯位組成。超載界定符由8個(gè)隱位組成。3.7CAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)CAN總線(xiàn)作為一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：通訊實(shí)時(shí)性強(qiáng)

抗干擾能力強(qiáng)

可靠性強(qiáng)

具有錯(cuò)誤處理功能是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)4CAN總線(xiàn)中繼器介紹

CAN中繼器是CAN總線(xiàn)系統(tǒng)的組網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。中繼器可以將同一層的兩段網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)上、下層的不同總線(xiàn)進(jìn)行互聯(lián)，起到網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)作用。在大中型的CAN總線(xiàn)系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)使用到中繼器，尤其是那些需要遠(yuǎn)距離甚至超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓こ添?xiàng)目。4.1CAN總線(xiàn)中繼器的功能CAN總線(xiàn)中繼器的功能分成線(xiàn)路中繼和網(wǎng)絡(luò)中繼兩種。線(xiàn)路中繼——CAN總線(xiàn)中繼器只是將通過(guò)的電信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)，一般不改變本來(lái)信號(hào)的其他所有特性（一些中繼器過(guò)濾噪聲），即所謂的“啞設(shè)備”，具有如下特征：中繼器延伸數(shù)據(jù)傳輸距離是通過(guò)信號(hào)再生的方式；中繼器只用于傳輸協(xié)議的最底層，即物理層，高層協(xié)議不使用中繼；中繼器所連接的兩條線(xiàn)路必須使用同樣的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)方式；與中繼器相連的兩條線(xiàn)路成為同一網(wǎng)絡(luò)的一部分，必須具有相同的地址；中繼器兩條線(xiàn)的波特率和格式可以不一致。

網(wǎng)絡(luò)中繼——CAN總線(xiàn)中繼器可以用于連接兩條不同的總線(xiàn)，除了增加通信距離外，還能增加CAN總線(xiàn)所允許的節(jié)點(diǎn)掛接數(shù)，并且使得CAN總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)得以擴(kuò)展，相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)的功能。與線(xiàn)路中繼功能所不同的是，中繼器兩端的線(xiàn)路可以是不同層次的同一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在這些情況下，中繼器其實(shí)承擔(dān)的是網(wǎng)間連接器和協(xié)議轉(zhuǎn)換器的作用。本作品版權(quán)歸上海銳普廣告有限公司PPT研究院作者所有購(gòu)買(mǎi)和下載者只是獲得了使用授權(quán)，并不能獲得著作權(quán)任單位和個(gè)人不得以任何形式銷(xiāo)售、傳播本作品轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，保留本版權(quán)頁(yè)，請(qǐng)勿以身試法4.2CAN總線(xiàn)中繼器總體設(shè)計(jì)思路中繼器的整體設(shè)計(jì)可以采用兩種方案：第一種方案：圍繞單個(gè)MCU設(shè)計(jì)中繼器兩段線(xiàn)路的收發(fā)器電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，容易控制成本，且單個(gè)MCU中繼器一般采用多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)從而可使數(shù)據(jù)流的控制更加流暢，但是在數(shù)據(jù)交換量較大的應(yīng)用中容易給MCU帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)，特別是在進(jìn)行多主傳輸?shù)那闆r下，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使得數(shù)據(jù)延遲時(shí)間加大。第二種方案：兩段線(xiàn)路各自設(shè)置一個(gè)MCU，并在兩個(gè)MCU周?chē)髯栽O(shè)計(jì)相應(yīng)的接收器電路，用高速的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行兩個(gè)核心處理器的數(shù)據(jù)交換。其優(yōu)點(diǎn)在于易于控制數(shù)據(jù)傳輸速率，在大數(shù)據(jù)量的情況下可以進(jìn)行快速處理，從而使系統(tǒng)的可靠性加強(qiáng)。另外，這種設(shè)計(jì)方法使得不同種類(lèi)總線(xiàn)間的數(shù)據(jù)交換變得非常簡(jiǎn)單，因?yàn)閮蓚€(gè)MCU的數(shù)據(jù)格式相同，一個(gè)MCU也不用理會(huì)另一個(gè)的接收器類(lèi)型。當(dāng)然，因?yàn)樯婕皟蓚€(gè)MCU，這種中繼器的設(shè)計(jì)成本也會(huì)大一些。

4.3中繼器硬件整體設(shè)計(jì)要求由于中繼器需要擁有很好的可靠性，所以對(duì)其MCU的要求也相對(duì)較高，必須具備快速的速度以減少數(shù)據(jù)在MCU中的滯留時(shí)間；必須擁有較大的存儲(chǔ)空間，從而在大數(shù)據(jù)量傳輸時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩沖；必須擁有長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)行的可靠性，從而適合廣泛的工程應(yīng)用；必須具備較豐富的外設(shè)接口，滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)甚至擴(kuò)展到其他現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中的使用。4.4CAN總線(xiàn)中繼器外圍芯片介紹1、800mA低回動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117（3.3V）AMS1117芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定的