1、PLC Engineer Training,Hong Wang 2020/6/23,控制器局域網(wǎng)CAN技術(shù)協(xié)議,1.CAN總線簡(jiǎn)介 2.CAN總線通信模式 3.CAN總線的性能特點(diǎn) 4.CAN總線技術(shù)規(guī)范 5.CAN總線硬件實(shí)現(xiàn),3,CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，通常稱(chēng)為CAN bus，即CAN總線，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 CAN 最初出現(xiàn)在汽車(chē)工業(yè)中，80年代由德國(guó)Bosch公司最先提出。最初動(dòng)機(jī)是為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號(hào)線。 與一般的通信總線相比，CAN總

2、線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，它在汽車(chē)領(lǐng)域上的應(yīng)用最為廣泛，世界上一些著名的汽車(chē)制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、volkswagen (大眾)等都采用了CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。,1. CAN總線簡(jiǎn)介,4,1993年CAN 成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。 CAN的規(guī)范從CAN 1.0 規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn)格式)發(fā)展為兼容CAN 1.2 規(guī)范的CAN2.0規(guī)范(CAN2.0A為標(biāo)準(zhǔn)格式，CAN2.0B為擴(kuò)展格式)，目前應(yīng)用的CAN器件大多符合CAN2.0規(guī)范。 由于CAN總線的特點(diǎn)，得到了Moto

3、rola，Intel，Philip，Siemence，NEC等公司的支持，它廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍目前已不僅局限于汽車(chē)行業(yè)，已經(jīng)在自動(dòng)控制、航空航天、航海、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。,CAN Bus,CAN總線的應(yīng)用 汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) （SAE-J1939）,CAN在汽車(chē)中的應(yīng)用,對(duì)于CAN在汽車(chē)上的應(yīng)用，具有很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，比如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization）的ISO11992、ISO11783以及汽車(chē)工程協(xié)會(huì)（Societ

4、y of Automotive Engineers ）的SAE J1939。CAN總線已經(jīng)作為汽車(chē)的一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備列入汽車(chē)的整體設(shè)計(jì)中。,CAN在汽車(chē)中的應(yīng)用 (ECU),在汽車(chē)中ECU的設(shè)計(jì)，應(yīng)該首先從安全的角度來(lái)考慮，所以對(duì)于關(guān)鍵控制部分如：汽車(chē)引擎、剎車(chē)裝置、安全氣囊等單元應(yīng)該采用分散式控制；而對(duì)于那些與安全無(wú)關(guān)的單元如：燈控單元、門(mén)控單元、座椅控制單元等出于成本的考慮可以采用CAN與LIN混合的集中控制方式。,2. CAN總線的通信模式,第一，載波監(jiān)測(cè)，多主掌控/沖突避免 這就允許在總線上的任一設(shè)備有同等的機(jī)會(huì)取得總線的控制權(quán)來(lái)向外發(fā)送信息。 如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)以上的設(shè)備欲發(fā)送信息，就

5、會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，CAN總線能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)這些沖突情況并作出相應(yīng)的仲裁而不會(huì)破壞待傳之信息； 第二，信息報(bào)文在傳送時(shí)不是基于目的站點(diǎn)地址； 這就允許不同的信息以“廣播”的形式發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn)； 可在不改變信息格式的前提下對(duì)報(bào)文進(jìn)行不同配置； 第三，CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)能力的高可靠性強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)。,2. CAN總線的通信模式,一、CSMA/CD載波監(jiān)測(cè)，多主掌控/沖突避免 “載波監(jiān)測(cè)”的意思是指在總線上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息報(bào)文前都必須監(jiān)測(cè)到總線上有一段時(shí)間的空閑狀態(tài)。,“多主掌控”的意思是一旦此一空閑狀態(tài)被監(jiān)測(cè)到，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有均等的機(jī)會(huì)來(lái)發(fā)送報(bào)文。,“沖突避免”是指在

6、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身首先會(huì)檢測(cè)到出現(xiàn)沖突，然后采取相應(yīng)的措施來(lái)解決這一沖突情況。此時(shí)優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文先發(fā)送，低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文發(fā)送會(huì)暫停。在CAN總線協(xié)議中是通過(guò)一種非破壞性的仲裁方式來(lái)實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)。這也就意味著當(dāng)總線出現(xiàn)發(fā)送沖突時(shí)，通過(guò)仲裁后原發(fā)送信息不會(huì)受到任何影響。所有的仲裁判別都不會(huì)破壞優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文信息內(nèi)容，也不會(huì)對(duì)其發(fā)送產(chǎn)生任何的時(shí)延。,2. CAN總線的通信模式,如何實(shí)現(xiàn)非破壞性的位仲裁？ 為了達(dá)到這種“非破壞性的位仲裁方式”，CAN總線協(xié)議必須滿(mǎn)足一些前提條件。首先，必須定義兩種邏輯狀態(tài)在這里叫作“支配位（DOMINANT）” (又稱(chēng)“顯性”電平)和“順從位（RECESS

7、IVE）”（又稱(chēng) “隱性”電平）；然后，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送過(guò)程中必須檢測(cè)剛剛發(fā)出的狀態(tài)是否就是信息中所描述的內(nèi)容。,2. CAN總線的通信模式,如何沖突仲裁？ 支配位一定會(huì)在和順從位的判別過(guò)程中獲勝，換句話(huà)說(shuō)，報(bào)文標(biāo)記區(qū)（報(bào)文仲裁專(zhuān)用區(qū)域）的值越小，其優(yōu)先級(jí)就越高。舉個(gè)例子，假定有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻發(fā)送一個(gè)報(bào)文，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)監(jiān)測(cè)總線以便了解欲發(fā)送的信息狀態(tài)是否確實(shí)出現(xiàn)在總線上。一個(gè)優(yōu)先級(jí)較低的報(bào)文在某一時(shí)刻會(huì)發(fā)送一個(gè)“順從位”但是檢測(cè)回來(lái)的卻是“支配位”。此時(shí)這個(gè)節(jié)點(diǎn)被仲裁為發(fā)送權(quán)取消，立刻停止發(fā)送報(bào)文的工作。優(yōu)先級(jí)較高的報(bào)文繼續(xù)發(fā)送直到完整的報(bào)文發(fā)送完畢。在剛才沖突仲裁中被取消發(fā)送權(quán)的節(jié)點(diǎn)將等待總線

8、的下一個(gè)空閑期并自動(dòng)地再次嘗試發(fā)送。,仲裁,2. CAN總線的通信模式,二、基于報(bào)文的通訊 CAN總線是一個(gè)基于報(bào)文而不是基于站點(diǎn)地址的協(xié)議。也就是說(shuō)報(bào)文不是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN總線上報(bào)文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級(jí)標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到在總線上傳送的報(bào)文，并在正確接收后發(fā)出應(yīng)答確認(rèn)。至于該報(bào)文是否要做進(jìn)一步的處理或被丟棄將完全取決于接收節(jié)點(diǎn)本身。同一個(gè)報(bào)文可以發(fā)送給特定的站點(diǎn)或許多站點(diǎn)，就看你怎樣去設(shè)計(jì)你的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。 基于報(bào)文的這種協(xié)議另外一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識(shí)別這一新節(jié)點(diǎn)。一旦新節(jié)

9、點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就開(kāi)始接收信息，判別信息標(biāo)識(shí)，然后決定是否作處理或直接丟棄。,如何去實(shí)現(xiàn)？,2. CAN總線的通信模式,CAN總協(xié)議另外一個(gè)有用的特性是一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以主動(dòng)要求其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。這種特性叫做“遠(yuǎn)端發(fā)送請(qǐng)求”（RTR）。 和上例不同之處在于，節(jié)點(diǎn)并不等待信息的到來(lái)，而是主動(dòng)去索取。 如，汽車(chē)中的中央安全系統(tǒng)會(huì)頻繁地更新一些象安全氣袋等關(guān)鍵傳感器的信息。 但是有些信息如油壓傳感器或電池電壓傳感器可能不會(huì)也不需要經(jīng)常收到。為了確保了解這些設(shè)備是否工作正常，系統(tǒng)必須定期地要求此類(lèi)設(shè)備發(fā)送相關(guān)的信息以便檢查整個(gè)系統(tǒng)的工作情況。設(shè)計(jì)人員就可以利用這一“遠(yuǎn)端發(fā)送請(qǐng)求”特性來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊量

10、，同時(shí)維持整個(gè)系統(tǒng)的完整性。,2. CAN總線的通信模式,CAN總線定義了四種不同的幀,用于總線通訊。 1、最常用的是“數(shù)據(jù)幀”，用于一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送信息到其它任一或所有節(jié)點(diǎn)；,2、“遠(yuǎn)端幀”，基本上是一個(gè)數(shù)據(jù)幀但其中的RTR位被置1，表明這是一個(gè)“遠(yuǎn)端發(fā)送請(qǐng)求”，用于一個(gè)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)要求其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息；,3、“錯(cuò)誤幀”，如果節(jié)點(diǎn)在接收過(guò)程中檢測(cè)到任一在CAN總線協(xié)議中定義了的錯(cuò)誤信息，它就會(huì)發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤幀。,4、“過(guò)載幀”，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)正忙于處理接收的信息，需要額外的等待時(shí)間接收下一報(bào)文時(shí)，可以發(fā)送過(guò)載幀，通知其它節(jié)點(diǎn)暫緩發(fā)送新報(bào)文。,2. CAN總線的通信模式,三、CAN總線是一種高速的，具備復(fù)雜

11、的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)能力的高可靠性強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò) （1）高速性： CAN總線一開(kāi)始是為汽車(chē)工業(yè)而設(shè)計(jì)的，如果要使這一市場(chǎng)能夠接受它，一個(gè)能高效處理出錯(cuò)情況的通訊協(xié)議是至關(guān)重要的。在發(fā)布了2.0B版的CAN總線技術(shù)規(guī)范后，其最大的通訊速率已經(jīng)比1.0版提高了8倍，達(dá)1M位/秒,在這種速率下，即便是對(duì)時(shí)間要求非常關(guān)鍵的參數(shù)也可以通過(guò)CAN總線傳輸而不必?fù)?dān)心其時(shí)延。,2. CAN總線的通信模式,（2）CAN總線協(xié)議有一套完整的差錯(cuò)管理機(jī)制 能夠自動(dòng)地檢測(cè)出這些錯(cuò)誤信息，由此保證了被傳信 息的正確必性和完整性。,錯(cuò)誤類(lèi)型 發(fā)送錯(cuò)誤可通過(guò)“CRC出錯(cuò)”檢測(cè)到； 普通接收錯(cuò)誤可通過(guò)“應(yīng)答出錯(cuò)”檢測(cè)到； CAN報(bào)

12、文格式錯(cuò)誤可通過(guò)“格式出錯(cuò)”檢測(cè)到； CAN總線信號(hào)錯(cuò)誤可通過(guò)“位出錯(cuò)”檢測(cè)到； 同步和定時(shí)錯(cuò)誤可通過(guò)“阻塞出錯(cuò)”檢測(cè)到。,2. CAN總線的通信模式,每個(gè)CAN總線上的節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)出錯(cuò)計(jì)數(shù)器用以記錄各種錯(cuò)誤發(fā)生的次數(shù)。取決于出錯(cuò)的嚴(yán)重性，通過(guò)這些計(jì)數(shù)器就可以確認(rèn)這些節(jié)點(diǎn)是否應(yīng)工作到降級(jí)模式； 總線上的節(jié)點(diǎn)可以從正常工作模式（正常收發(fā)數(shù)據(jù)和出錯(cuò)信息）降級(jí)到消極工作模式（只有在總線空閑時(shí)才能取得控制權(quán)），或者到關(guān)斷模式（和總線隔離）。 CAN總線上各節(jié)點(diǎn)還有能力監(jiān)測(cè)是短期的干擾還是永久性的故障，并采取相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施，這種特性被叫做“故障界定隔離”。采取了這種故障界定隔離措施后，故障節(jié)點(diǎn)將會(huì)被及時(shí)

13、關(guān)斷，不會(huì)永久占用總線。這一點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵信息能在總線上暢通無(wú)阻地傳送是非常重要的。,3. CAN總線的技術(shù)特點(diǎn),由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)與一般的通信總線相比，CAN總線的數(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)可概括如下： 1.CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。,2.CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分為不同的優(yōu)先級(jí)，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134s內(nèi)得到傳輸。,3.CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。,4.

14、CAN程序通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調(diào)度”。,3. CAN總線的技術(shù)特點(diǎn),5.CAN的直線通信距離最長(zhǎng)可達(dá)10km（速率5Kbps以下），通信速率最高可達(dá)1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）,6.CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)128個(gè)；報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種（CAN2.0A），而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。,7.采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯(cuò)效果。,3. CAN總線的技術(shù)特點(diǎn),8.CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。,9.CAN的通信介

15、質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。,10.CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受限制。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,隨著CAN在各種領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，對(duì)其通信格式的標(biāo)準(zhǔn)化提出了要求。為此，1991年9月Philips Semiconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（Version 2.0）。,該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分： CAN技術(shù)規(guī)范2.0A給出了報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式； CAN技術(shù)規(guī)范2.0B給出標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式。 這里主要介紹CAN技術(shù)規(guī)范2.0B,5.4 CAN總線的技術(shù)規(guī)范,4.1 CAN的分層結(jié)構(gòu) 4.2 CAN報(bào)文傳送及總線上

16、的位電平表示 4.3 CAN總線報(bào)文的幀結(jié)構(gòu) 4.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定 4.5 位定時(shí)與同步,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,4.1 CAN的分層結(jié)構(gòu) 為了使設(shè)計(jì)透明和執(zhí)行靈活，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪問(wèn)控制層MAC）和物理層， 在CAN技術(shù)規(guī)范2.0A的版本中，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC和MAC子層的服務(wù)和功能被描述為“目標(biāo)層”和“傳輸層”。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,媒體訪問(wèn)控制子層MAC子層的功能主要是傳送規(guī)則，以及控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。MAC子層也要確定為開(kāi)始一次新的發(fā)送，總線是否開(kāi)放或者是否馬上開(kāi)始接收，位定時(shí)也

17、是MAC子層的一部分。 物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性不同的節(jié)點(diǎn)間位的實(shí)際傳送。,邏輯鏈路子層LLC子層的主要功能是報(bào)文濾波、超載通知和恢復(fù)管理。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,圖1.CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,4.2 CAN報(bào)文傳送及總線上的位電平表示 （1）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)出報(bào)文的單元成為該報(bào)文的發(fā)送器。 該單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器。 （2）如果一個(gè)單元不是報(bào)文發(fā)送器，并且總線不出現(xiàn)空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。,對(duì)于報(bào)文接收器和發(fā)送器，報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。 （1）對(duì)于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯(cuò)，則對(duì)于發(fā)送器報(bào)文有效。如果報(bào)文受損，將

18、允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動(dòng)重發(fā)，為了能同其它總線訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)，總線一旦空閑。重發(fā)送立即開(kāi)始。 （2）對(duì)于報(bào)文接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯(cuò)，則對(duì)于接收器報(bào)文有效。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)的在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。而數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)則采用固定格式，不進(jìn)行填充，出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式。,位填充規(guī)則 構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。,CAN bus Bit-Stuffing Rule,CAN bus Stuff-Bit Estimation,CAN bus No

19、n-Return-to-Zero-Coding,報(bào)文中的位流是按照非歸零（NZR）碼方法編碼的，這意味著一個(gè)完整的位電平要么是顯性，要么是隱性。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,在“隱性”狀態(tài)下，Vcanh和Vcanl被固定于平均電壓電平，Vdiff近似為零。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)?！帮@性”狀態(tài)以大于最小閥值的差分電壓表示。 如圖所示。在“顯性”位期間，“顯性”狀態(tài)改寫(xiě)“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。,CAN bus ISO High-Speed Signal Levels,在CAN總線的定義中，邏輯0為支配位，邏輯1為順從位。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,4.3 CAN總線報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)

20、 CAN總線的報(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。 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間和當(dāng)前幀分開(kāi)。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,1、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)和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可為0。CAN技術(shù)規(guī)范2.0B數(shù)據(jù)幀的組成如圖3所示。,圖3.數(shù)據(jù)幀的組成,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,在CAN技術(shù)規(guī)范2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，具有1

21、1位標(biāo)識(shí)符的幀稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識(shí)符的稱(chēng)為擴(kuò)展幀。,SRR:替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求 IDE:標(biāo)識(shí)位擴(kuò)展位 RTR:遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,CAN技術(shù)規(guī)范2.0B對(duì)報(bào)文濾波特別加以描述，報(bào)文濾波器以整個(gè)標(biāo)識(shí)符為基準(zhǔn)。屏蔽寄存器可用于選擇一組標(biāo)識(shí)符，以便映像至接收緩存器中，屏蔽寄存器每一位都必須是可編程的，它的長(zhǎng)度可以是整個(gè)標(biāo)識(shí)符，也可以?xún)H是其中一部分。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（1）幀起始（SOF）標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，它僅由一個(gè)顯性位構(gòu)成，只有在總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，才允許單元開(kāi)始發(fā)送。所有單元都必須同步于首先開(kāi)始發(fā)送的那個(gè)單元的幀起始前沿。,（2）仲裁場(chǎng)由標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程

22、發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）組成。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,對(duì)于CAN技術(shù)規(guī)范2.0A，標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度為11位，這些位一從高位到低位的順序發(fā)送，最低位為ID.0，其中最高7位不能全為隱性。RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。,CAN技術(shù)規(guī)范2.0A數(shù)據(jù)幀,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,對(duì)于CAN技術(shù)規(guī)范2.0B，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁場(chǎng)不同，在標(biāo)準(zhǔn)格式中，11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成，標(biāo)識(shí)符位為ID.28-ID.18； RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。 為區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，將CAN技術(shù)規(guī)范2.0A中的r 1改記為IDE位， 對(duì)于CAN技術(shù)規(guī)范2

23、.0B，在擴(kuò)展格式中， 仲裁場(chǎng):29位標(biāo)識(shí)符ID.28-ID.0 ; 替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求SRR位（隱性位）; 標(biāo)識(shí)位擴(kuò)展位IDE（隱性位）; 遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR 。,CAN技術(shù)規(guī)范2.0B的標(biāo)準(zhǔn)格式,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,SRR的全稱(chēng)是“替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（Substitute Remote Request BIT）”，SRR是一隱性位。它在擴(kuò)展格式的標(biāo)準(zhǔn)幀RTR位上被發(fā)送，并代替標(biāo)準(zhǔn)幀的RTR位。因此，如果擴(kuò)展幀的基本ID和標(biāo)準(zhǔn)幀的識(shí)別符相同，標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的沖突是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀這一途徑得以解決的。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,IDE的全稱(chēng)是“識(shí)別符擴(kuò)展位（Identifier Ext

24、ension Bit）”，對(duì)于擴(kuò)展格式，IDE位屬于仲裁場(chǎng)；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)格式，IDE位屬于控制場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)格式里的IDE位為“顯性”，而擴(kuò)展格式里的IDE位為“隱性”。通過(guò)判別SRR和IDE是否均為隱性識(shí)別為擴(kuò)展格式，而不是標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,CAN2.0B的擴(kuò)展幀和CAN2.0A和CAN2.0B的標(biāo)準(zhǔn)幀一樣，在數(shù)據(jù)幀中RTR位必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（3）控制場(chǎng)由6位組成，包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼和兩個(gè)保留位，這兩個(gè)保留位必須發(fā)送顯性位，但接收器認(rèn)可顯性和隱性的全部組合。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼DLC指出數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)目。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼為四位，在控制

25、場(chǎng)中被發(fā)送，數(shù)據(jù)字節(jié)的允許使用數(shù)目為0-8，不能使用其它數(shù)值。,圖7.控制場(chǎng)的組成,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（4）數(shù)據(jù)場(chǎng)是由數(shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括0-8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位，首先發(fā)送的是最高有效位。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（5）CRC場(chǎng)包括CRC序列，后隨CRC界定符。CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖8所示。CRC序列由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列組成，最適用于位數(shù)小于127（BCH碼）的幀。CRC序列之后是CRC界定符，包含一個(gè)單獨(dú)的“隱性位”,圖8.CRC場(chǎng)結(jié)構(gòu),CAN bus Data Frame - CRC Polynom Generation,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（6）應(yīng)

26、答場(chǎng)（ACK）為兩位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，如圖所示。在應(yīng)答場(chǎng)中，發(fā)送器送出兩個(gè)隱性位。一個(gè)正確地接收到有效報(bào)文的接收器，在應(yīng)答間隙，將此信息通過(guò)發(fā)送一個(gè)顯性位報(bào)告給發(fā)送器。所有接收到匹配CRC序列的站，通過(guò)在應(yīng)答間隙內(nèi)把顯性位寫(xiě)入發(fā)送器的隱性位來(lái)報(bào)告。應(yīng)答界定符是應(yīng)答場(chǎng)的第二位，并且必須是隱性位。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,（7）幀結(jié)束：每個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由7個(gè)隱性位組成的標(biāo)志序列界定。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,2、遠(yuǎn)程幀 激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以借助于傳送一個(gè)遠(yuǎn)程幀初始化各自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀和數(shù)

27、據(jù)幀的結(jié)構(gòu)基本相同，其RTR位為隱性位，且不存在數(shù)據(jù)場(chǎng)，遠(yuǎn)程幀組成如圖所示。,圖10.遠(yuǎn)程幀組成,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,3、出錯(cuò)幀 出錯(cuò)幀由兩個(gè)不同場(chǎng)組成，第一個(gè)由來(lái)自各站的錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)迭加而得到，后隨的第二個(gè)場(chǎng)是出錯(cuò)界定符，(包括8個(gè)隱性位)。,圖11.出錯(cuò)幀的組成,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,錯(cuò)誤標(biāo)志具有兩種形式： （1）激活錯(cuò)誤標(biāo)志（active error flag）：激活錯(cuò)誤標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的顯性位組成。 （2）認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志（passive error flag）：認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的隱性位組成，除非被來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的顯性位沖掉。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤

28、激活”站通過(guò)發(fā)送錯(cuò)誤激活標(biāo)志指示錯(cuò)誤。錯(cuò)誤標(biāo)志的格式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)則，也破壞了應(yīng)答場(chǎng)或幀結(jié)束場(chǎng)的固定格式。因此，所有其他的站由此檢測(cè)到錯(cuò)誤條件并開(kāi)始發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。因此，“顯性”位序列的形成就是各個(gè)站發(fā)送的不同錯(cuò)誤標(biāo)志加疊在一起的結(jié)果。這個(gè)序列的總長(zhǎng)度最小為6個(gè)位，最大為12個(gè)位。,檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤認(rèn)可”的站試圖通過(guò)發(fā)送錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志指示錯(cuò)誤。該“錯(cuò)誤認(rèn)可”站以錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志為起點(diǎn)，等待6個(gè)相同極性的連續(xù)位。當(dāng)這6個(gè)相同的位被檢測(cè)到時(shí)，錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志的發(fā)送就完成了。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,出錯(cuò)界定符包括8個(gè)隱性位。錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)送后，每個(gè)站都送出1個(gè)隱性位，并監(jiān)視總線，

29、直到檢測(cè)到1個(gè)隱性位為止，然后開(kāi)始發(fā)送剩余的7個(gè)隱性位。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,4、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，如圖12所示。存在兩種導(dǎo)致發(fā)送超載標(biāo)志的超載條件：一個(gè)是要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的接收器的內(nèi)部條件；另一個(gè)是在間隙場(chǎng)檢測(cè)到顯性位。超載標(biāo)志由6個(gè)顯性位組成，超載界定符由8個(gè)隱性位組成。,圖12.超載幀的組成,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,5、幀間空間 數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀或超載幀，均以稱(chēng)之為幀間空間的位場(chǎng)分開(kāi)。而在超載幀和出錯(cuò)幀前面沒(méi)有幀間空間，并且多個(gè)超載幀前面也不被幀間空間分隔。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,幀間空間包括間歇場(chǎng)和總線空閑場(chǎng)，對(duì)于前面

30、已經(jīng)發(fā)送報(bào)文的“錯(cuò)誤認(rèn)可”站還有暫停發(fā)送場(chǎng)。,After transmission an Error Passive node must wait 3 + 8 recessive bits before starting transmission again (additional wait state).,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,間歇場(chǎng)由3個(gè)隱性位組成，間歇期間，不允許啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，它僅起標(biāo)注超載條件的作用。 總線空閑場(chǎng)周期可為任意長(zhǎng)度，此時(shí)總線是開(kāi)放的，因此任何需要發(fā)送的站均可訪問(wèn)總線。 暫停發(fā)送場(chǎng)是指：錯(cuò)誤認(rèn)可站發(fā)送完一個(gè)報(bào)文后，在下一次報(bào)問(wèn)發(fā)送認(rèn)可總線空閑之前，它緊隨間歇

31、場(chǎng)后送出的8個(gè)隱性位。,4.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定 在CAN總線中存在5種錯(cuò)誤類(lèi)型，它們并不互相排斥 1、位錯(cuò)誤：向總線送出一位的某個(gè)單元同時(shí)也在監(jiān)視總線，當(dāng)檢測(cè)到總線位數(shù)值與送出的位數(shù)值不同時(shí)，則在該位時(shí)刻檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤。,CAN bus Error Handling - Bit Error,CAN bus Error Handling - Bit-Stuffing Error,2、填充錯(cuò)誤：在應(yīng)使用位填充方法進(jìn)行編碼的報(bào)文中，出現(xiàn)了第六個(gè)連續(xù)相同的位電平時(shí)，將檢出一個(gè)位填充錯(cuò)誤。,CAN bus Error Handling - Bit-Stuffing and De-Stuffing,CA

32、N bus Error Handling - CRC Error,3、CRC錯(cuò)誤：CRC序列是由發(fā)送器CRC計(jì)算的結(jié)果組成的。接收器以與發(fā)送器相同的方法計(jì)算CRC。如果計(jì)算結(jié)果與接收到的CRC序列不相同，則檢出一個(gè)CRC錯(cuò)誤。,CAN bus Error Handling - Form Error,4、格式錯(cuò)誤：當(dāng)固定格式的位場(chǎng)中出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)非法位時(shí)，則檢出一個(gè)形式錯(cuò)誤。,CAN bus Error Handling Acknowledgement Error,5、應(yīng)答錯(cuò)誤：在應(yīng)答間歇，發(fā)送器未檢測(cè)到顯性位時(shí)，則由它檢出一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,在CAN總線中，任何一個(gè)站可

33、能處于下列三種故障狀態(tài)： （1）錯(cuò)誤激活（active error）； （2）錯(cuò)誤認(rèn)可（passive error）； （3）總線關(guān)閉（bus off）。,4. CAN總線的技術(shù)規(guī)范,錯(cuò)誤激活站可以照常參加總線通訊，且當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，送出一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。,不允許錯(cuò)誤認(rèn)可節(jié)點(diǎn)送出活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，它可參與總線通訊，但當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，只能送出認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志，且發(fā)送后仍被錯(cuò)誤認(rèn)可，直到下次發(fā)送初始化。,總線關(guān)閉狀態(tài)不允許單元對(duì)總線由任何影響，三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖15所示。,5.4 CAN總線的技術(shù)規(guī)范,為了界定故障，在每個(gè)總線單元中都設(shè)有兩種計(jì)數(shù)：發(fā)送出錯(cuò)計(jì)數(shù)和接收出錯(cuò)計(jì)數(shù)，這些計(jì)數(shù)按照一定規(guī)則進(jìn)行，計(jì)數(shù)值的范圍為0-256，當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器數(shù)值大于96時(shí)，說(shuō)明總線被嚴(yán)重干擾。,CAN bus Error Handling - Transmit Error Counter,CAN bus Error Handling - Receive Error Counter,CAN bus Error Handling - Globalization of Local Errors,CAN bus Error Handling - Local Errors