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基本概念 CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議,，形成并通過ISO11898 及ISO11519標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,。 CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化,、船舶,、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面,。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時,、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,。 優(yōu)勢
特點 CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,，它是一種多主總線,，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維,。通信速率最高可達(dá)1Mbps,。 1、完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理 CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼,、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作,。 2,、使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制 CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼,。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制,，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成,，因此可以定義2或2個以上不同的數(shù)據(jù)塊,，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用,。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令,、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時,，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性,。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能,，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性,、極高的可靠性和獨特的設(shè)計,，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連,，因此,，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 3,、可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信 CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點,。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信,。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證,，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化,，性價比高,，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上,，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng),。 4、結(jié)構(gòu)簡單 只有2根線與外部相連,，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊,。 5、傳輸距離和速率 CAN總線特點：(1) 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他(一個或多個)節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信,，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序,，高優(yōu)先級節(jié)點信息在134μs通信; (2) 多個節(jié)點同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的,，不會對通信線路造成擁塞; (3) 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM(速率低于5Kbps)速率可達(dá)到1Mbps(通信距離小于40M);(4) CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線,，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量,，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用,。
技術(shù)介紹 1,、位仲裁 要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理,，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送,，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度,。在幾個站同時需要發(fā)送數(shù)據(jù)時,，要求快速地進(jìn)行總線分配,。實時處理通過網(wǎng)絡(luò)交換的緊急數(shù)據(jù)有較大的不同,。一個快速變化的物理量，如汽車引擎負(fù)載,，將比類似汽車引擎溫度這樣相對變化較慢的物理量更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時。 CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,，報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標(biāo)識符中，具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識符有最高的優(yōu)先級,。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計時被確立后就不能再被更改?？偩€讀取中的沖突可通過位仲裁解決,。如圖2所示，當(dāng)幾個站同時發(fā)送報文時,，站1的報文標(biāo)識符為011111;站2的報文標(biāo)識符為0100110;站3的報文標(biāo)識符為0100111。所有標(biāo)識符都有相同的兩位01,，直到第3位進(jìn)行比較時,，站1的報文被丟掉,，因為它的第3位為高，而其它兩個站的報文第3位為低,。站2和站3報文的4、5,、6位相同，直到第7位時,，站3的報文才被丟失,。注意，總線中的信號持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權(quán)的站的報文,。在此例中,，站2的報文被跟蹤,。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點在于,，在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個站的報文被傳送以前，報文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上傳送了,。所有未獲得總線讀取權(quán)的站都成為具有最高優(yōu)先權(quán)報文的接收站,，并且不會在總線再次空閑前發(fā)送報文。 CAN具有較高的效率是因為總線僅僅被那些請求總線懸而未決的站利用,，這些請求是根據(jù)報文在整個系統(tǒng)中的重要性按順序處理的,。這種方法在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時有很多優(yōu)點，因為總線讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個報文中了,，這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間,。 對于主站的可靠性，由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制,所有主要通信,，包括總線讀取 (許可)控制,，在系統(tǒng)中分幾次完成,。這是實現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法。 2,、CAN的報文格式 在總線中傳送的報文,，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報文格式,，其唯一的不同是標(biāo)識符(ID)長度不同,，標(biāo)準(zhǔn)格式為11位，擴(kuò)展格式為29位,。 在標(biāo)準(zhǔn)格式中,，報文的起始位稱為幀起始(SOF)，然后是由11位標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位 (RTR)組成的仲裁場,。RTR位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀,，在請求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。 控制場包括標(biāo)識符擴(kuò)展位(IDE),，指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式,。它還包括一個保留位 (ro)，為將來擴(kuò)展使用,。它的最后四個位用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度(DLC),。數(shù)據(jù)場范圍為0～8個字節(jié),其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。 應(yīng)答場(ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符,。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平(邏輯1)，這時正確接收報文的接收站發(fā)送主控電平(邏輯0)覆蓋它,。用這種方法,，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個站能正確接收到報文。 報文的尾部由幀結(jié)束標(biāo)出,。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,，如果這時沒有站進(jìn)行總線存取，總線將處于空閑狀態(tài),。 3,、CAN數(shù)據(jù)幀的組成 >> 遠(yuǎn)程幀 遠(yuǎn)程幀由6個場組成：幀起始、仲裁場,、控制場,、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束,。遠(yuǎn)程幀不存在數(shù)據(jù)場,。遠(yuǎn)程幀的RTR位必須是隱位。DLC的數(shù)據(jù)值是獨立的,，它可以是0～8中的任何數(shù)值,，為對應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度,。 >> 錯誤幀
>> 超載幀 超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符,。 >> 數(shù)據(jù)錯誤檢測 不同于其它總線,，CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實上,，它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出,。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法，其中前三種為基于報文內(nèi)容檢查,。一種檢查錯誤的方法分別為：循環(huán)冗余檢查(CRC),、幀檢查、應(yīng)答錯誤,、總線檢測,、位填充。
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