列车网络控制技术-第三章-CAN.pptxVIP

第三章 CAN总线及应用;通过本次课程的学习，你将会：;CAN 技术特点; CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网， CAN最初是由德国的Bosch公司为汽车监测、控制系统而设计的。是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。 汽车领域：发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制（ASC）及复杂的抗锁定刹车系统（ABS），这些控制需检测及交换大量数据； 轨道交通车辆：牵引、制动、???控、空调、照明控制、故障诊断等需要大量的状态数据和控制指令。 ; 随着CAN在各种领域的应用和推广，对其通信格式的标准化提出了要求。为此，1991年9月Philips Semiconductors制定并发布了CAN技术规范（Version 2.0）。 该技术规范包括A和B两部分： CAN技术规范2.0A给出了报文标准格式； CAN技术规范2.0B给出标准和扩展的两种报文格式。 这里主要介绍CAN技术规范2.0B ;1. CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。 2. CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在134us内得到传输。 3. CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况（以太网则可能）。 4. CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。 ;5. CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）。 6. CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制。 7. 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。 8. CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。 9. CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 10. CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。 ;影响总线长度的主要因素： （1）CAN总线通信的应答机制，即成功接收一帧报文的接点必须在应答场的“应答间隙”期间发送一位“显性位”表示成功接收到一帧数据 如：通信速率为250Kbit/s，传送一个bit所需时间为： 那么，该信号在总线上的延时时间必须小于（2μs）才能保证发送接点成功的在应答间隙期间接收到该“显性电平”。 任何一根导线都可以简化为左图所示的电路模型，可以看到，其中既有电感又有电容，因此，电流在其中传输并不是光速，而是需要一定的时间。 ;由上面的分析可知： 总线通信速率越高，通信距离越短，队伍里传输线的要求就越高，在双绞线、屏蔽线还是其它的传输线选择上，通信速率是一个很关键额参数。 影响总线长度的其它因素： （1） 信号在接点ECU内部的延时时间 （2） 振荡器的容差（各个接点ECU内部晶振平率的差别） 这些因素加起来就形成了CAN总线通信中总的信号延时。;1）电缆交流参数推荐值：120Ω特征电阻、5ns/m延时； 2）为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最小，较大的中断电阻值（例如选用非标准的150~300Ω；而在1SO11898标准中，提供的参考价值为“118ΩR130Ω”范围）有助于增加总线长度。 ;CAN 总线上的电平 CAN2.0A/B标准规定：总线空闲时，CAN_H和CAN_L上的电压为2.5V 在数据传输时，显性电平（逻辑0）：CAN_H 3.5V CAN_L 1.5V 隐性电平（逻辑1）：CAN_H 2.5V CAN_L 2.5V; CAN通信模型 只采用了OSI参考模型中的两层：物理层和数据连路层。;;基于报文的通讯 CAN总线是一个基于报文而不是基于站点地址的协议。也就是说报文不是按照地址从一个节点传送到另一个节点。CAN总线上报文所包含的内容只有优先级标志区和欲传送的数据内容。 基于报文的这种协议好处是新的节点可以随时方便地加入到现有的系统中，而不需对所有节点进行重新编程以便它们能识别这一新节点。一旦新节点加入到网络中，