can總線介紹

1、背景及發(fā)展在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi)，長(zhǎng)期以來使用RS232和CCITTV.24通信標(biāo)準(zhǔn)，盡管被廣泛使用，但缺點(diǎn)明顯，主要如下：數(shù)據(jù)傳輸速率低無能力支持更高層次的計(jì)算機(jī)之間的功能操作在復(fù)雜或大規(guī)模的應(yīng)用中（如導(dǎo)彈、飛機(jī)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、生產(chǎn)自動(dòng)化、高級(jí)現(xiàn)代化汽車控制等）需要使用大量的傳感器、執(zhí)行器和控制器等因此，能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、抗干擾能力強(qiáng)的CAN（ControllerAreawk）控制器局部網(wǎng)在20世紀(jì)80年代由德國(guó)Bosch公司開發(fā)成

2、功，最早應(yīng)用于解決現(xiàn)代豪華汽車（如BENZ奔馳）中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換。美國(guó)最早將CAN總線應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛機(jī)、坦克等武器的通訊系統(tǒng)里。趨勢(shì)表明，在國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域，21世紀(jì)將是以CAN等總線為主的現(xiàn)場(chǎng)總線的世紀(jì)。CAN控制器局部網(wǎng)主要特征控制器局部網(wǎng)主要特征工業(yè)級(jí)總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁借助接收濾波的多地址幀傳送遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)通信配置靈活性數(shù)據(jù)通信高實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)通信高可靠

3、性全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性錯(cuò)誤檢測(cè)和出錯(cuò)信令發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)送暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障接點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)脫離CAN控制器局部網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)控制器局部網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)監(jiān)視與控制能力………………………………強(qiáng)可靠性與故障容限……………………………高實(shí)時(shí)響應(yīng)性……………………………………好報(bào)文長(zhǎng)度………………………………………小體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的復(fù)雜性……………………簡(jiǎn)單通信功能的完備程度…………………………高通信速率

4、………………………………………高對(duì)環(huán)境的要求…………………………………低抗干擾能力……………………………………強(qiáng)可靠性…………………………………………高理論節(jié)點(diǎn)數(shù)……………………………………無限CAN總線任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離與位速率的關(guān)系總線任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離與位速率的關(guān)系ＣＡＮ可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)；ＣＡＮ總線直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)１０ｋｍ／５Ｋｂｐｓ，通訊速率最高可達(dá)１Ｍｂｐs／４０ｍ；采

5、用不歸零碼（ＮＲＺ—Ｎｏｎ－Ｒｅｔｕｒｎ－ｔｏ－Ｚｅｒｏ）編碼／解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。詳細(xì)的ＣＡＮ協(xié)議可參見ＣＡＮ技術(shù)規(guī)范２０ａ和２０ｂ以及ＣＡＮ國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ＩＳＯ１１８９８。２ＣＡＮ總線通信介質(zhì)訪問控制方式ＣＡＮ總線通信介質(zhì)訪問控制方式ＣＡＮ采用了的３層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。ＣＡＮ支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜和光纖等。采用雙絞線通信時(shí)，速率為１Ｍｂｐｓ／４０ｍ５０Ｋｂｐｓ／１０ｋｍ結(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)

6、１１０個(gè)。ＣＡＮ的通信介質(zhì)訪問為帶有優(yōu)先級(jí)的ＣＳ－ＭＡ／ＣＡ。采用多主競(jìng)爭(zhēng)方式結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(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，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)生沖突時(shí)，采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù)：當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息時(shí)，運(yùn)用逐位仲裁原則，借助幀中開始部分的表示符，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)發(fā)送信息，從而有效地避免了總線沖突，使信息和時(shí)間均無損

7、失。例如，規(guī)定０的優(yōu)先級(jí)高，在節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，ＣＡＮ總線作與運(yùn)算。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是邊發(fā)送信息邊檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送１而檢測(cè)到０時(shí)，此節(jié)點(diǎn)知道有更高優(yōu)先級(jí)的信息在發(fā)送，它就停止發(fā)送信息，直到再一次檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑。ＣＡＮ的傳輸信號(hào)采用短幀結(jié)構(gòu)（有效數(shù)據(jù)最多為８?jìng)€(gè)字節(jié)），和帶優(yōu)先級(jí)的ＣＳ－ＭＡ／ＣＡ通信介質(zhì)訪問控制方式，對(duì)高優(yōu)先級(jí)的通信請(qǐng)求來說，在１Ｍｂｐｓ通信速率時(shí)，最長(zhǎng)的等待時(shí)間為０１５ｍｓ，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。ＣＡＮ

8、突出的差錯(cuò)檢驗(yàn)機(jī)理，如５種錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定；ＣＡＮ傳輸信號(hào)為短幀結(jié)構(gòu)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。這些保證了出錯(cuò)率極低，剩余錯(cuò)誤概率為報(bào)文出錯(cuò)率的４。７１０－１１。另外，ＣＡＮ節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受其影響。因此，ＣＡＮ具有高可靠性。ＣＡＮ的通信協(xié)議主要有ＣＡＮ總線控制器完成。ＣＡＮ控制器主要由實(shí)現(xiàn)ＣＡＮ總線協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。通過簡(jiǎn)單的連接即可完成ＣＡＮ

9、協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，應(yīng)用層功能由微控制器完成。ＣＡＮ總線上的節(jié)點(diǎn)即可以是基于微控制器的智能節(jié)點(diǎn)，也可以是具有ＣＡＮ接口的Ｉ／Ｏ器件。３應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)１、系統(tǒng)組成ＣＡＮ總線用戶接口簡(jiǎn)單，編程方便。ＣＡＮ總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，ＣＡＮ總線系統(tǒng)的一般組成模式如圖１所示：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并且采用無源抽頭連接，系統(tǒng)可靠性高。通過ＣＡＮ總線連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，形成多主機(jī)控制器局域網(wǎng)（ＣＡＮ）