完整版CAN总线解析.docx

上传人:b****7 文档编号:23783887 上传时间:2023-05-20 格式:DOCX 页数:23 大小:735.41KB
下载 相关 举报
完整版CAN总线解析.docx_第1页
第1页 / 共23页
完整版CAN总线解析.docx_第2页
第2页 / 共23页
完整版CAN总线解析.docx_第3页
第3页 / 共23页
完整版CAN总线解析.docx_第4页
第4页 / 共23页
完整版CAN总线解析.docx_第5页
第5页 / 共23页
点击查看更多>>
下载资源
资源描述

完整版CAN总线解析.docx

《完整版CAN总线解析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《完整版CAN总线解析.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。

完整版CAN总线解析.docx

完整版CAN总线解析

概述

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网,是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。

想到CAN就要想到德国的Bosch公司,因为CAN就是这个公司开发的(和Intel)CAN有很多优秀的特点,使得它能够被广泛的应用。

比如:

传输速度最高到1Mbps,通信距离最远到10KM,无损位仲裁机制,多主结构。

近些年来,CAN控制器价格越来越低,很多MCU也集成了CAN控制器。

现在每一辆汽车上都装有CAN总线。

个典型的CAN应用场景:

CAN总线标准

CAN总线标准只规定了物理层和数据链路层,需要用户来自定义应用层。

不同的CAN标准仅物理层不同。

CAN收发器负责逻辑电平和物理信号之间的转换,将逻辑信号转换成物理信号(差分电平)或者将物理信号转换成逻辑电平。

CAN标准有两个,即IOS11898和IOS11519,两者差分电平特性不同。

(有信号时,CANH

3.5V,CANL1.5V,即显性;没有信号时,CANH2.5V,CANL2.5V,即隐性)

IOS11898高速CAN电平中,高低电平的幅度低,对应的传输速度快。

双绞线共模消除干扰,是因为电平同时变化,电压差不变

2.1物理层

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!

/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

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

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

 

2.8ACK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。

CAN协议规定了节点的

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,

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。

CAN收发器和控制器分别对应CAN的物理层和数据链路层,完成CAN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CAN报文格式解析报文,完成相应控制。

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

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

}

将缓存区的数据连续写入寄存器

for(i=0;i

将连续多个寄存器连续读入缓存区

for(i=0;i

头文件包含方案:

每个程序包含用到的头文件

 

#define__CONFIG_H

 

//定义取字节运算

 

#defineCPUCLK(OSCCLK/12)

 

14

#endif//__CONFIG_H

 

 

SJA1000上电后处于复位状态,必须初始化后才能工作。

(1)置位模式寄存器Bit0位进入复位模式;

(2)设置时钟分频寄存器选择时钟频率、CAN模式;

(3)设置验收滤波,设定验证码和屏蔽码;

(4)设置总线定时器寄存器0、1设定CAN波特率;

(5)设置输出模式;

(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。

设置发送模式

1

charSetSJASendCmd(unsignedcharcmd){

2

unsignedcharret;

3

switch(cmd){

4

default:

5

case0:

6

ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,TR_BIT);//

正常发送

7

break;

8

case1:

9

ret=SetBitMask(REGCANCMR,TRBIT|ATBIT);//单次发送

10

break;

11

case2:

12

ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,TR_BIT|SRR_BIT);//自收自发

13

break;

14

case0xff:

15

ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,AT_BIT);//

终止发送

16

break;

17

}

18

returnret;

19

}

发送函数

1

2

3

4

5

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

7

};

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

8

0xEA,0x60,//帧ID=0x753

9

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;

15

SJA1000_RST=1;//硬件复位SJA1000

16

timerDelay(50);//延时500ms

17

SJA1000_RST=0;

18

SJA1000_Init(0x00,0x14,SJA_CAN_Filter);//

初始化SJA1000,设置波特率为

19

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。

 

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 党团工作 > 党团建设

copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1