完整版CAN总线解析docWord下载.docx
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CAN有三种接口器件
多个节点连接，只要有一个为低电平，总线就为低电平，只有所有的节点都输出高电平时，
才为高电平。
所谓“线与”。
CAN总线有5个连续性相同的位后，就会插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。
从而
消除累计误差。
和485、232一样，CAN的传输速度与距离成反比。
CAN总线终端电阻的接法：
特点：
低速CAN在CANH和CANL上串入2.2kΩ的电阻；
高速CAN在CANH和CANL
之间并入120Ω电阻。
为什么是120Ω，因为电缆的特性阻抗为120Ω，为了模拟无限远的传输
线。
（因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。
）
120欧姆只是为了保证阻抗完整性，消除回波反射，提升通信可靠性的，因此，其只需要在
总线最远的两端接上120欧姆电阻即可，而中间节点并不需要接（接了反而有可能会引起问题）。
因此各位在使用CANOmega做CAN总线侦听的时候，大多数情况下是不需要这个120欧姆
电阻的，当然，即使当前网络中并没有终端匹配电阻，只要传输线长度不长（比如SysCan360
比赛环境中，传输线只有1-2米）CAN节点数量不多的情况下，不要这个120欧姆电阻也完
全可以工作，甚至，你接任意电阻都是不会有影响的。
因为此时传输线长度和波长还相差甚远，
节点不多的情况下，反射波的叠加信号强度也不会很强，因此传输线效应完全可以忽略。
而哪些情况需要呢，主要就是，当使用2个CANOmega对发或者当前网络中仅有2个
CAN设备的时候，此时两个端点最好都加上终端匹配电阻，当然，前面也说过了，传输线长度
不长的时候，也可以不需要2端120欧姆电阻，但为了信号完整性考虑，加上这两个电阻才是
严谨的。
2个120欧姆电阻的意义在于，使用USBCAN调试某些不带终端电阻的中间节点设备时，
有时候CAN总线上没有2个120欧姆电阻通信可能会异常，此时可以接入2个120欧姆电阻
作为2个终端电阻来作阻抗匹配，这时候其他端点不应接入任何终端电阻！
并且，这2个120
欧姆电阻不可用1个60欧姆电阻代替！
125kHz
载波的波长大概在
（c/f）=（3e8m/s）/（125e3Hz）=2.4km
，其临界长度为
2.4kM
/10=240m>
>
2m
，也即传输线长度不超过
240m
，分布阻抗带来的影响可以忽略不计
2.2数据链路层
CAN总线传输的是CAN帧，CAN的通信帧分成五种，分别为数据帧、远程帧、错误帧、
过载帧和帧间隔。
数据帧用来节点之间收发数据，是使用最多的帧类型；
远程帧用来接收节点向发送节点接收数据；
错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧；
过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧；
用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。
数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧（2.0A）和扩展帧（2.0B）
2.3帧起始
帧起始由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧起始；
帧结
束由7个隐形位（高电平）组成。
2.4仲裁段
CAN总线是如何解决多点竞争的问题？
由仲裁段给出答案。
CAN总线控制器在发送数据的同时监控总线电平，如果电平不同，则停止发送并做其他处
理。
如果该位位于仲裁段，则退出总线竞争；
如果位于其他段，则产生错误事件。
帧ID越小，优先级越高。
由于数据帧的RTR位为显性电平，远程帧为隐性电平，所以帧格
式和帧ID相同的情况下，数据帧优先于远程帧；
由于标准帧的IDE位为显性电平，扩展帧的IDE
位为隐形电平，对于前11位ID相同的标准帧和扩展帧，标准帧优先级比扩展帧高。
2.5控制段
共6位，标准帧的控制段由扩展帧标志位IDE、保留位r0和数据长度代码DLC组成；
扩展帧控制段则由IDE、r1、r0和DLC组成。
2.6数据段
为0-8字节，短帧结构，实时性好，适合汽车和工控领域；
2.7CRC段
CRC校验段由15位CRC值和CRC界定符组成。
2.8ACK段
当接收节点接收到的帧起始到CRC段都没错误时，它将在ACK段发送一个显性电平，发送
节点发送隐性电平，线与结果为显性电平。
2.9远程帧
远程帧分为6个段，也分为标准帧和扩展帧，且RTR位为1（隐性电平）
CAN是可靠性很高的总线，但是它也有五种错误。
CRC错误：
发送与接收的CRC值不同发生该错误；
格式错误：
帧格式不合法发生该错误；
应答错误：
发送节点在ACK阶段没有收到应答信息发生该错误；
位发送错误：
发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误；
位填充错误：
通信线缆上违反通信规则时发生该错误。
当发生这五种错误之一时，发送节点或接受节点将发送错误帧
为防止某些节点自身出错而一直发送错误帧，干扰其他节点通信，CAN协议规定了节点的
3种状态及行为。
2.10过载帧
当某节点没有做好接收的"
准备"
时，将发送过载帧，以通知发送节点。
2.11帧间隔
用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧，错误帧和过载帧前面不加帧间隔。
2.12构建CAN节点
构建节点，实现相应控制，由底向上分为四个部分：
CAN节点电路、CAN控制器驱动、
CAN应用层协议、CAN节点应用程序。
虽然不同节点完成的功能不同，但是都有相同的硬件和软件结构。
收发器和控制器分别对应
的物理层和数据链路层，完成
报文的收发；
功
能电路，完成特定的功能，如信号采集或控制外设等；
主控制器与应用软件按照
报文格式
解析报文，完成相应控制。
CAN硬件驱动是运行在主控制器（如P89V51）上的程序，它主要完成以下工作：
基于寄
存器的操作，初始化CAN控制器、发送CAN报文、接收CAN报文；
如果直接使用CAN硬件驱动，当更换控制器时，需要修改上层应用程序，移植性差。
在应
用层和硬件驱动层加入虚拟驱动层，能够屏蔽不同CAN控制器的差异。
一个CAN节点除了完成通信的功能，还包括一些特定的硬件功能电路，功能电路驱动向下
直接控制功能电路，向上为应用层提供控制功能电路函数接口。
特定功能包括信号采集、人机显
示等。
CAN收发器是实现CAN控制器逻辑电平与CAN总线上差分电平的互换。
实现CAN收发
器的方案有两种，一是使用CAN收发IC（需要加电源隔离和电气隔离），另一种是使用CAN
隔离收发模块。
推荐使用第二种。
CAN控制器是CAN的核心元件，它实现了CAN协议中数据链路层的全部功能，能够自动
完成CAN协议的解析。
CAN控制器一般有两种，一种是控制器IC（SJA1000），另一种是集
成CAN控制器的MCU（LPC11C00）。
MCU负责实现对功能电路和CAN控制器的控制：
在节点启动时，初始化CAN控制器参数；
通过CAN控制器读取和发送CAN帧；
在CAN控制器发生中断时，处理CAN控制器的中断异
常；
根据接收到的数据输出控制信号；
接口管理逻辑：
解释MCU指令，寻址CAN控制器中的各功能模块的寄存器单元，向主控制器提供中断信息和状态信息。
发送缓冲区和接收缓冲区能够存储CAN总线网络上的完整信息。
验收滤波是将存储的验证码与CAN报文识别码进行比较，跟验证码匹配的CAN帧才会存
储到接收缓冲区。
CAN内核实现了数据链路的全部协议。
2.13CAN协议应用层概述
CAN总线只提供可靠的传输服务，所以节点接收报文时，要通过应用层协议来判断是谁发
来的数据、数据代表了什么含义。
常见的CAN应用层协议有：
CANOpen、DeviceNet、J1939、
iCAN等。
CAN应用层协议驱动是运行在主控制器（如P89V51）上的程序，它按照应用层协议来对
CAN报文进行定义、完成CAN报文的解析与拼装。
例如，我们将帧ID用来表示节点地址，当
接收到的帧ID与自身节点ID不通过时，就直接丢弃，否则交给上层处理；
发送时，将帧ID设
置为接收节点的地址。
2.14CAN收发器
SJA1000的输出模式有很多，使用最多的是正常输出模式，输入模式通常不选择比较器模
式，可以增大通信距离，并且减少休眠下的电流。
收发器按照通信速度分为高速CAN收发器和容错CAN收发器。
同一网络中要使用相同的CAN收发器。
CAN连接线上会有很多干扰信号，需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路。
也可以使用CAN隔离收发器（集成滤波器和抗干扰电路）。
CAN控制器与MCU的连接方式
SJA1000可被视为外扩RAM，地址宽度8位，最多支持256个寄存器
1#defineREG_BASE_ADDR0xA000//寄存器基址
2unsignedchar*SJA_CS_Point=（unsignedchar*）REG_BASE_ADDR;
3
4//写SJA1000寄存器
5voidWriteSJAReg（unsignedcharRegAddr,unsignedcharValue）{
6*（SJA_CS_Point+RegAddr）=Value;
7return;
8}
9
10//读SJA1000寄存器
11unsignedcharReadSJAReg（unsignedcharRegAddr）{
12return（*（SJA_CS_Point+RegAddr））;
13}
将存区的数据写入寄存器
⋯⋯for（i=0;
i<
len;
i++）{WriteSJAReg（RegAdr+i,ValueBuf[i]）;
}⋯⋯
将多个寄存器入存区
i++）{ReadSJAReg（RegAdr+i,ValueBuf[i]）;
文件包含方案：
每个程序包含用到的文件
每个程序包含一个公用文件
，公用头文件包含所有其他头文件
1
#ifndef__CONFIG_H__//
防止头文件被重复包含
2
#define__CONFIG_H__
#include<
8051.h>
//包含80C51寄存器定义头文件
4
#include"
SJA1000REG.h"
//包含SJA1000寄存器定义头文件
5
6//定义取字节运算
7
#defineLOW_BYTE（x）
（unsignedchar）（x）
8
#defineHIGH_BYTE（x）
（unsignedchar）（（unsignedint）（x）>
8）
10//定义振荡器时钟和处理器时钟频率（用户可以根据实际情况作出调整）
11#defineOSCCLK11059200UL
12//宏定义MCU的时钟频率
13#defineCPUCLK（OSCCLK/12）
14#endif//__CONFIG_H__
SJA1000上后于复位状，必初始化后才能工作。
（1）置位模式寄存器Bit0位入复位模式；
（2）置分寄存器率、CAN模式；
（3）置收波，定和屏蔽；
（4）置定器寄存器0、1定CAN波特率；
（5）置出模式；
（6）清零模式寄存器Bit0位退出复位模式；
模式寄存器
只检测模式：
SJA1000发送CAN帧时不检查应答位；
只听模式：
此模式下SJA1000不会发送错误帧，用于自动检测波特率；
SJA1000以不同的波特
率接收CAN帧，当收到CAN帧时，表明当前波特率与总线波特率相同。
2.15波特率设置
CAN总线无时钟，使用异步串行传输；
波特率是1秒发送的数据位；
2.16CAN帧发送：
发送CAN帧的步骤：
1.检测状态寄存器，等待发送缓冲区可用；
2.填充报文到发送缓冲区；
3.启动发送。
SJA1000具有一个12字节的缓冲区，要发送的报文可以通过寄存器16-28写入，也可通
过寄存器96-108写入或读出
设置发送模式
1charSetSJASendCmd（unsignedcharcmd）{
2unsignedcharret;
3switch（cmd）{
4default:
5case0:
6ret=SetBitMask（REG_CAN_CMR,TR_BIT）;
//正常发送
7break;
8case1:
9ret=SetBitMask（REG_CAN_CMR,TR_BIT|AT_BIT）;
//单次发送
10break;
11case2:
12ret=SetBitMask（REG_CAN_CMR,TR_BIT|SRR_BIT）;
//自收自发
13break;
14case0xff:
15
ret=SetBitMask（REG_CAN_CMR,AT_BIT）;
//
终止发送
16
break;
17
}
18
returnret;
19
发送函数
unsignedcharSJA_CAN_Filter[8]={//
定义验收滤波器的参数，接收所有帧
0x00,0x00,0x00,0x00,
//ACR0~ACR3
0xff,0xff,0xff,0xff
//AMR0~AMR3
};
6
unsignedcharSTD_SEND_BUFFER[11]={//CAN
发送报文缓冲区
0x08,//帧信息，标准数据帧，数据长度
=8
0xEA,0x60,//
帧ID=0x753
0x55,0x55,0x55,0x55,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa
帧数据
10
11
voidmain（void）//
主函数，程序入口
12
{
13
timerInit（）;
初始化
14
D1=0;
SJA1000_RST=1;
//
硬件复位SJA1000
timerDelay（50）;
//延时500ms
SJA1000_RST=0;
SJA1000_Init（0x00,0x14,SJA_CAN_Filter）;
初始化SJA1000，设置波特率为
1Mbps
20
//无限循环，main（）
函数不允许返回
21
for（;
;
）{
22
SJASendData（STD_SEND_BUFFER,0x0）;
23
timerDelay（100）;
延时1000ms
24
25
为什么帧ID是0x753，这与CAN帧在缓冲区的存储格式有关。
终端电阻非常重要，当波特率较高而且没加终端电阻时，信号过冲非常严重。
SJA1000有64个字节的接收缓冲区（FIFO），这可以降低对MCU的要求。
MCU可以通
过查询或中断的方式确定SJA1000接收到报文后读取报文。
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