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6CAN总线

发布时间:2019-07-05 03:18 来源:未知 编辑:admin

  6CAN总线_信息与通信_工程科技_专业资料。CAN总线 CAN总线简介 ? CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简 称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开 发的,并最终成

  CAN总线 CAN总线简介 ? CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简 称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开 发的,并最终成为国际标准(高速应用ISO 11898,低速应用 ISO11519),是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美 和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式 工业控制局域网的标准总线。 CAN总线)CAN是一种多主方式的串行通讯总线,任一节点可以在任 意时刻向网络上的其他节点发送信息,不分主从,通信方式灵 活。 2)节点(信息)可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要 求。 ? ? 3)采用非破坏性位仲裁机制,当多个节点同时发起通信时,优 先级低的节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可继续传 送数据,不会对通信线)可以点对点,一点对多点及全局广播几种传送方式; ? CAN总线Kbps),速率可达到 1Mbps(通信距离小于40M); ? ? ? ? ? 6) 节点数实际可达110个。 7)采用短帧结构,每一帧有效字节数为8个。 8)CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,保证了极低 的数据出错率。 9)传输介质可以是双绞线)节点在出现严重错误的情况下,具有自动关闭的功能。 CAN总线优点 ? CAN是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高 的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。 它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。 CAN网络具有反应快,可靠度高的特性,可应用于要求实时处理 的场合,例如汽车刹车防锁死系统、安全气囊等。 ? CAN总线优点 ? 与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、 实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线 越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的, 此外在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺 织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等 领域也获得了一定的应用。 CAN总线规范 ? ? ? 最新的CAN总线A:标准报文格式。 CAN2.0B:标准报文格式和扩展报文格式。 CAN规范 CAN 总线物理特性 ? CAN传输可以采用双绞线,两条线分别被称为CAN_High和 CAN_Low,或者简称为CAN_H,CAN_L。其绞距为20mm,截 面积为0.35mm2或0.5mm2 通过两条线,差分传输。 ? CAN 总线)CAN 总线电平信号 ? ? 逻辑 0—显性—CAN_H 对应是 3.5V,CAN_L 对应是 1.5V 逻辑 1—隐性—CAN_H 对应是 2.5V,CAN_L 对应是 2.5V CAN 总线物理特性 ? ? ? ? ? 通常情况下: CAN_H 标准电压:隐性为 2.6V 左右;显性为 3.8V 左右 CAN_L 标准电压:隐性为 2.4V 左右;显性为 1.2V 左右 CAN总线仲裁机制 ? CAN总线采用的线与的规则进行总线” 为隐性电平; ? ? ? ? ? ? 总线空闲时,任何节点可以开始发送报文; 总线上每条报文都具有唯一的一个 11 位或 29 位标识符; 报文标识符的值越小,报文具有越高的优先权; 多个节点同时发送时,总线在“仲裁场”进行“逐位仲裁”; 传送高优先级报文的节点赢得仲裁,并继续传输报文; 失去仲裁的节点在总线空闲时重新传送 ; CAN总线仲裁机制 CAN 总线帧格式及帧类型 ? ? 1.CAN总线帧格式 CAN 总线有二种不同的CAN 帧格式,标准帧和扩展帧。 CAN2.0A 协议仅支持标准帧;CAN2.0B 协议引入第二种帧格 式,它支持标准帧和扩展帧。 具有 11 位标识符的 CAN 帧称为标准帧;具有 29 位标识符的 CAN 帧称为扩展帧。两种帧格式可出现在同一总线上。 ? CAN 总线帧格式及帧类型 CAN 总线帧类型 ? CAN 总线报文传送主要有四种类型的帧:数据帧、远程帧、错 误帧以及过载帧。 ? ? 数据帧:携带数据从发送器至接收器。 远程帧:接收单元向发送单元请求发送具有相同标识符数据所 用的帧。 ? ? 错误帧:任何单元检测到一个总线错误就发出错误帧。 过载帧:用以在先后的数据或远程帧之间提供一个附加的延时。 位填充 ? ? 位填充规则:发送器只要检测到位流里有5个连续相同值的位,便 自动在位流里插入补充位。 位填充规则只是针对数据帧和远程帧,错误帧和过载帧格式固定。 标准数据帧 ? 由 7 个不同的位场组成,分别是帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场以及帧结束。数据帧用于从发送节点向其他节点发送数据。 扩展数据帧 远程帧 ? 远程帧也有二种格式,标准远程帧和扩展远程帧,而且都由 6 个不同的位场 组成:帧起始、仲裁场、控制场、CRC 场、应答场、帧结束。 扩展远程帧 ? 远程帧中的数据长度代码表示的是所请求数据帧的数据长度代码。 错误帧 ? 错误帧用于在接收和发送消 息检测到错误时向总线通知 错误,该帧由错误标志和错 误界定符构成。 主动错误标志,它由6个连 续的显性位0组成,它是节 点主动发送的错误标志。 被动错误标志,它由6个连 续的隐性位1组成,除非被 其他节点的显性位覆盖。 ? ? 过载帧 ? 过载帧用于接收方通知发 送方尚未准备好接收数据, 过载帧在先行和后续的数 据帧(或远程帧)之间提 供一个附加的延时。过载 帧由过载标志和过载界定 符构成。 控制段 ? 数据长度代码指示了数据场里的字节数量,共4 个位DLC0— DLC3。DLC 可以设置0—8的数字表示数据字节数(超过8 的 数字则认为是8,这种情况并不视为出错) 数据段 CRC段 ACK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。 帧间空间 ? 数据帧或远程帧与先行帧的隔离是通过帧间空间实现的,无论 此先行帧类型如何(数据帧、远程帧、错误帧、过载帧)。不 同的是,过载帧与错误帧之前没有帧间空间,多个过载帧之间 不用帧间空间进行分隔。 同步 ? CAN协议采用的是不归零码(NRZ)通讯方式。发送单元与接收 单元之间有时可能出现同步偏离,因此接收单元要进行硬同步 或者是重同步,以对准时间进行接收。 CAN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 构建CAN节点 ? 每个节点由微处理器、CAN控制器和CAN收发器组成。CAN 收发器和控制器分别对应CAN的物理层和数据链路层。 构建CAN节点 输入设备 89C52 单片机 输出设备 SJA1000通 信控制器 82C250 CAN总线 CAN控制器SJA1000 ? ? ? SJA1000有两种不同的操作模式: 1)Basic CAN模式:这种模式与PCA82C200兼容,支持 CAN2.0A协议 。 2)Peli CAN模式:是新的操作模式,支持CAN 2.0B协议。 SJA1000硬件结构框图 匹配和接收过滤 CAN收发器82C250 CAN收发器82C250 符号 引脚 功能描述 符号 引脚 功能描述 TXD GND VCC RXD 1 2 3 4 发送数据输入 地 电源电压 接收数据输出 Vref CANL CANH RS 5 6 7 8 参考电压输出 低电平CAN电压输入或输 出 高电平CAN电压输入或输 出 斜率电阻输入 CAN 总线节点软件设计 ? ? ? (1)CAN节点初始化 (2)报文发送 (3)报文接收 CAN节点初始化 ? SJA1000的初始化主要是 对时钟分频器、中断使能 寄存器、验收代码寄存器 和接收屏蔽寄存器、总线 定时器输出控制器等进行 配置,它关系着能否成功 进行通信的问题,如果配 置不当的话,很可能CAN 总线不能正常运行。 报文的发送 ? 完成对CAN节点的初始化后,便可 通过CAN的通信控制器SJA1000向 物理总线发送和接收数据。这一过程 微处理器和总线 之间的通讯是通过中断方式来实现的. 发送数据时用户只需将要发送的数据 按照CAN控制器SJA1000所规定的 格式组合成一帧报文,送入控制器的 发送缓冲区,然后启动SJA1000发送 就可以实现。 报文的接收 ? SJA1000对于报文的接收 可采用两种方式,即中断 接收方式和查询接收方式。 CAN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。 Devicenet简介 ? DeviceNet是由美国Rockwell公司在CAN基础上推出的一种 低成本的通信链接,是一种低端网络系统。它将基本工业设备 连接到网络,从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。DeviceNet是 一种简单的网络解决方案,在提供多供货商同类部件间的可互 换性的同时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。 DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时 提供了相当重要的设备级诊断功能。 现场总线模型 DeviceNet总体描述 ? ? ? ? ? ? ? 主干线——分支线个节点 不用中断网络就可以解除节点 同时支持网络供电(传感器)及自供电(执行器)设备 使用密封或开放形式的连接器 接线错误保护 可选的数据速率为125k波特,250k波特以及500k波特 DeviceNet网络拓扑结构 DeviceNet网络电缆 在粗缆和扁平电缆中24 V直流电压的最大电流容量是8安培. 在细缆中24 V直流电压的最大电流容量是3安培. 粗缆使用长度限制 DeviceNet通信模式 ? 在现场总线中有两种常用的通信模式,一种是传统的源/目标 (Source/Destination)即点对点模式,另外一种是新型的生产/ 消费者(Producer/Customer)模式。 DeviceNet对象模型 ? 不论是主 /从结构,还是点对点通讯结构。基于源/目的地的网 络在把同样数据发往不同节点时都消耗了过多带宽,另外要实 现协同控制,象以同步的方式将一个设定值同时送达不同的驱 动器将更加困难,因为数据到达每个驱动器(目的地)的时间是 不同的。ControlNet中采用了一个全新的生产者/消费者网络 模型。 DeviceNet对象模型 ? DeviceNet使用“生产者——消费者”通讯模型以及CAN协 议。DeviceNet发送节点生产网络上的数据,而DeviceNet接 收节点则消费网络上的数据。两个或多个设备之间的通信总是 基于连接的通讯模式。 DeviceNet对象模型 ? 在生产者 /消费者模型中,信息按内容来标识,如果一个节点 要接收一个数据,仅仅需识别与此信息相连的特定的标识符, 每个数据包不再需要源地址位和目标地址位。 因为数据是按内容进行标识的,数据源只需将数据发送一次。 许多需用此数据的节点通过在网上同时识别这个标识符,可同 时地从同一生产者取用此同一数据。消费者节点之间可实现精 确的同步,而且提高了带宽的有效使用率,其它的设备加入网 络后并不增加网络负载,因为它们同样可以消费这些相同的信 息,当节点发送多个报文时,对每个报文使用不同的标识符。 ? DeviceNet对象模型 ? DeviceNet通过抽象的对象模型来描述网络中所有可见的数据 和功能。一个DeviceNet设备可以定义成为一个对象的集合。 这种基于对象的描述提供了一个清晰的设备模型。 DeviceNet对象模型 ? ? ? ? ? ? 标识对象:包含与设备有关的一些属性信息,如供货商标识、设备类型、产 品代码、产品名称等; 路由对象:向其它对象传送显式报文,一般在DeviceNet网络中不具有外部 可视性; 连接对象:模拟特定的设备之间的通讯特性,如处理的信息类型、数据到达 的速率、超时的处理方法等; DeviceNet对象:提供配置和状态信息,如节点标识、传送波特率、总线脱 离的处理过程、预定义连接组的分配等服务; 组合对象:主要负责I/O信息的格式定义和I/O数据的映射等; 参数对象:为配置工具访问所有参数提供标准的方法; ? 应用对象:指与特定应用相关的对象,它模拟应用设备的特性。 通信连接 ? DeviceNet网络中,连接是一个重要概念。节点设备之间欲进行 通信,必须先建立连接。连接的建立过程正如打电话一样,当 你想给某人打电话时,你首先应该输入相应的号码或名字,当 得到对方的应答后就建立了连接,然后便可在此连接上进行通 话。当你挂断电话,连接就会断开。DeviceNet网络中的任何一 个设备欲和其它设备通信时,亦须先建立连接。当设备不想和 已建立连接的某个设备通信时,它可通过发送释放连接或删除 连接服务来断开连接。如果在某个特定的连接上长时间没有进 行通信,这个通信将自动断开以释放资源。 通信连接 ? 在DeviceNet网络中,每个连接用连接标识符来标识,它使用CAN规范中的11位仲裁区来定义。 连接标识符包括设备媒体访问控制标识符(MAC ID)和信息标识符(Message ID)。其中, MAC ID可通过硬件设定,也可通过软件来配置。标识符分为四组,如表所示。 范围 (16进制) 000-3ff 400-5ff 600-7bf 7c0-7ff 7f0-7ff 标识位 10 9 0 1 1 1 1 0 1 1 1 组3报文 ID 1 1 1 1 1 1 1 1 8 7 6 5 MAC ID 4 3 2 1 0 组1报文ID 源MAC ID 组2报文ID 源MAC ID 组4报文ID(0-2f) 1 X X X 标识使用 报文组1 报文组2 报文组3 报文组4 无效CAN标识 通信连接 ? 这四种报文组优先级不同,其中报文组1优先级最高,通常用于 发送设备的I/O报文,报文组4优先级最低,用于设备离线时的 通信。传送信息时可据此选择相应的报文组。 MAC ID:用于在网络上识别节点。6bit,64节点。有源和目的 之分。 ? ? Message ID(报文ID):用于标识一个连接所使用的通信通道。 在特定端点内的报文组中识别一个报文,在不同报文组位数不 一样。 DeviceNet报文 ? ? DeviceNet有两种基本类型的报文:显式报文和I/O报文。 I/O报文是工业控制系统最主要的信息,由于控制系统的实时性 要求,I/O信息必须快速重复地传送、刷新,因此数据量大,要 求格式精简; I/O信息可以选择应答或无应答传送,一般选择无应答方式以 节省时间; 可以是点对点或多点传送。 ? ? DeviceNet报文 ? 显式报文用于两个设备之间多用途的点对点的报文交换,一般 用于节点配置、故障情况报告和故障诊断,是典型的请求—响 应通信方式。 显式报文利用CAN的数据区来传递定义的报文,包括报文头和报 文体两部分。 ? ? 一个显式报文的分段包括报文头、分段协议、分段报文体3部分。 连接技术 ? ? ? ? ? 连接建立:一般模式、预定义主/从连接组。 一般模式: 显式信息连接的建立:节点之间通过未连接显式请求报文和未 连接显式响应报文来建立并管理显式信息的连接。 动态I/O连接的建立:通过先前建立的显式报文连接的连接分类 接口建立。 建立过程:建立显式报文连接→创建I/O连接对象→配置连接实 例→执行配置 ? 注意:连接是单方向的,若需双方交换,要建立两个连接。

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