《工业通信与网络技术》第5章CAN总线-李中伟选编.ppt

*;第5章 CAN总线;1 概述 ;哈工大网络与电气智能化研究所 ;1 概述;以CiA推出的CAN Specification 2.0为底层的高层协议有： CAN Kingdom DeviceNet CANopen SAE J1939 SDS;1 概述 ;1 概述;1 概述;1 概述;1 概述;1 概述;2 CAN 节点的分层结构;3 CAN物理层;3.1 总线典型电平;3.1 总线典型电平;3.1 总线典型电平;3.1 总线典型电平;3.2 CAN接插件管脚分配;3.3 CAN总线终端电阻 120Ω ±10%，ISO 11898;3.4 CAN总线使用的编码 NRZ编码（非归零编码），采用位填充规则编码（无论何时，当发送器在将被发送的位流中检测到数值相同的5个连续位时，会自动地在实际的发送位流中插入一个补码位）。 3.5 CAN总线的位速率 5k~1M（bps） 3.6 CAN总线长度 40m~10km;CAN总线位速率与总线长度的关系：;哈工大网络与电气智能化研究所 ;主要影响因素： （1）CAN总线要求发送器在发送每一位的同时，都要监视总线电平，用以确定是否发送器竞争发送权失败，是否总线发生了位错误，是否获得了应答； （2）为实现（1）中的目的，要考虑传播延时的影响。铜导线中，电信号的传播速度是光速的2/3； （3）还要考虑发送器延时、接收器延时，以及可靠采样的要求。;3.7 CAN总线的位定时;同步段——用于使总线上的各个节点同步。期望有一个跳变沿位于此段内。 传播段——用于补偿网络内的物理延时。它是信号在总线上传播时间的两倍与输入比较器延时和输出驱动器延时之和。 ;相位缓冲段1和相位缓冲段2——用于补偿沿的相位误差，使总线上的各个节点同步。通过重同步，这2个时间段可被延长或缩短。 采样点——是这样一个时刻，在此时刻上，总线电平被读，并被理解为其自身位的数值。它位于相位缓冲段1的终点。 ;信息处理时间——是由采样点开始、为计算后续位电平而保留的时间段。 时间份额——是由振荡器周期派生出的一个固定时间单元。;同步段：1个时间份额； 传播段：1~8个时间份额； 相位缓冲段1：1~8个时间份额； 相位缓冲段2：相位缓冲段1和信息处理时间的最大值； 信息处理时间：≤2个时间份额； 时间份额总数：8~25。;由于各个CAN节点所使用的振荡器频率不可能都是精确的理想值，一般都与其存在着一定的误差，使得发送器与接收器各自对位时间的理解实际上存在差异。又由于CAN总线使用了NRZ编码，若没有一定的位定时机制，随着累积误差的增大，终归会使接收器错误地采样到总线上的其它位上。 硬同步与重同步就是用于准确位定时的保障机制。;3.8 CAN总线的位同步 硬同步：只发生在帧起始的位置。硬同步后，内部位时间从同步段重新开始。因而，硬同步强迫引起硬同步的沿处于重新开始的位时间同步段之内。;重同步：发生在帧内。通过在每个时间段采样总线，并与前一个采样点处的总线电平做比较，可以检测到跳变沿。如果跳变沿发生在同步段内，则认为接收节点与发送节点是同步的；否则说明二者不同步，需要进行重同步。 重同步的目的是通过延长相位缓冲段1或缩减相位缓冲段2来控制跳变沿和采样点之间的距离，以补偿振荡器误差。CAN2.0规范规定：只有隐性电平到显性电平的跳变沿才用于重同步。;沿相位误差e：由沿相对于当前同步段的位置给定，计为时间份额的整数倍。如果沿出现在当前同步段之前，e被计为负，如果沿出现在当前同步段之后，e被计为正。 重同步跳转宽度（SJW）用于设定相位缓冲段延长或缩短的上限，应被编程为1~4个时间份额，并且不能长于任何一个相位缓冲段长度。;重同步规则： 当e0时，相位缓冲段1要延长。如果eSJW，相位缓冲段1要延长e，否则延长SJW； 当e0时，相位缓冲段2要缩减。如果eSJW，相位缓冲段1要缩减e，否则缩减SJW； 当eSJW时，重同步和硬同步的效果是一样的。如果eSJW，重同步不能充分补偿e，误差（e-SJW）仍然存在。;哈工大网络与电气智能化研究所 ;同步规则 (Synchronization Rules)： ①在一个位时间内仅允许一种同步。 ②只要在先前采样点上检测到的数值与一个沿过后立即得到的总线数值不同，则该沿将被用于同步。 ③在总线空闲期间，无论何时当存在一个“隐性”至“显性”的跳变沿，则执行一次硬同步。 ④所有履行规则①和②的其它“隐性”至“显性”的跳变沿都将被用于重同步。 ;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及其帧类型;4 报文传送及