第二章--控制器局域网CAN--20150205b..doc

控制器局域网(CAN) CAN总线在BOSCH公司推出后，由于其可靠性高、性能价格比高、适应性好等优点，被广泛应用到车辆控制、工业控制、移动机械、交通控制、机器人、智能建筑、医疗系统以及嵌入式网络等领域。CAN节点的数量从二十世纪九十年代中期开始直线上升。以往较少使用CAN的北美和亚洲大汽车生产商也转向使用CAN构成汽车上的网络系统，使CAN节点数量增加的趋势更加强劲。随着市场的需求的增加，各大电子元器件厂商也不断推出新型的CAN产品。很多高档微控制器（单片机）也都支持CAN控制器接口。 CAN的基本知识 一、控制器局域网CAN（Controller Area Network） 控制器局域网(CAN)是一个支持分布式实时控制的串行通信网络,主要用于嵌入式控制器的通信系统及智能装置的开放通信系统。二十世纪八十年代,由于电子系统在汽车上的应用不断普及,车上控制单元(ECU)不断增加，BOSCH公司提出了最初用于汽车电子装置互连的控制器局域网CAN串行通信总线系统。之后，CAN被汽车行业和控制领域广泛应用，它已经成为ISO和SAE标准。CAN有CAN1.0 、CAN1.2、CAN2.0A和CAN2.0B等版本。CAN2.0A以及以下版本使用标准格式信息帧（11位标识符），CAN2.0B使用扩展格式（29位标识符）。CAN2.0A 及以下的版本接收到扩展格式信息时认为出现错误。CAN2.0B又分为“被动”CAN2.0B（CAN2.0B Positive）和“主动”CAN2.0B(CAN2.0B Active)；“被动”CAN2.0B能够处理标准格式信息，接收时忽略扩展格式的信息帧，但并不认为是错误；“主动”CAN2.0B能够接收发送标准格式信息和扩展格式信息。CAN系统中，协议功能多数由硬件完成，这个硬件称为CAN控制器（CAN Controller）。根据功能，CAN控制器又被分为“全CAN控制器（Full CAN Controller）”和“基本CAN控制器(Basic CAN Controller）”。“基本CAN控制器”实现CAN信息传送控制的最基本功能，一般只具有一个发送寄存器和一个或两个接收寄存器，只能按照接收寄存器存放的标识符进行接收过滤；适合于在低速系统或信息类型较少的系统中应用。“全CAN控制器”实现完整的通信过程控制和接收过滤功能。使用“全CAN控制器”系统的速度、总线负载和信息类型都可以大大增加。 CAN的应用领域包括车辆系统、交通控制系统、移动机械、工业仪器仪表、建筑自动化系统以及嵌入式网络等。现在欧洲几乎所有的轿车都使用了基于CAN的系统；欧洲以外的大汽车厂家也广泛使用CAN，其中包括通用公司和福特公司。在CAN出现后有很多控制总线或局域网以CAN为基础或为其底层协议。 SAE按CAN不同的通信速率把它分为三个级别：高速CAN，主要用于车上动力传动系控制系统和底盘的控制系统；中速CAN，主要用于车身系统；低速CAN，主要用于车上媒体系统控制（并非用于媒体信息传送）及仪表板。现在很多汽车产品供货商都提供支持CAN的相关产品，包括ECU（Electronic Control Units）、微控制器（Micro-controller）、接口元器件都有支持CAN协议的产品，为CAN的广泛应用提供了坚实的基础。但随着车上网络系统应用范围不断扩大和应用层次的深入，也发现了CAN的一些局限性。 二、CAN的基本特点 CAN 总线有如下特点: 高速串行数据接口功能。CAN支持从几千到一兆bit·s-1的数据传输速率。 使用廉价物理介质，CAN可以使用屏蔽或非屏蔽的双绞线、同轴电缆以及光纤作为网线。 数据帧短，短数据帧有利于减小延时，提高实时性；但降低了有效数据传输率。 反应速度快，发送时不需等待令牌，对请求反应迅速。 多站同时发送，优先数据获取总线。 错误检测和校正能力强，保证系统的可靠性。 无破坏基于优先权的仲裁。 通过接受滤波的方式实现多地址帧传送。 具有远程数据请求功能。 具有全系统数据兼容性。 具有丢失仲裁或出错的帧自动重发功能。 能判别暂时错误和永久性错误节点，具有故障节点自动脱离功能。 基于事件触发的发送方式，信息传送延时离散度高，有出现长延时的可能。 三、CAN的一些基本概念 CAN定义了ISO/OSI 网络开放系统模型的最低两层，即数据链路层和物理层，主要是数据链路层。在不同的CAN版本中对分层的定义有一些区别。CAN1.2的分层结构如图2-1(a)，数据链路层又分为传输层(TL, Transfer Layer)和目标层(OL, Object Layer)。目标层完成下列功能： 获取由应用层传来的发送数据。 从传输层寻找要使用的数据。 提供与应用层相关的硬件接口。 CAN2.0的分层结构如图2 -1(b),是