完整版CAN总线解析docWord下载.docx
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CAN有三种接口器件
多个节点连接,只要有一个为低电平,总线就为低电平,只有所有的节点都输出高电平时,
才为高电平。
所谓“线与”。
CAN总线有5个连续性相同的位后,就会插入一个相反位,产生跳变沿,用于同步。
从而
消除累计误差。
和485、232一样,CAN的传输速度与距离成反比。
CAN总线终端电阻的接法:
特点:
低速CAN在CANH和CANL上串入2.2kΩ的电阻;
高速CAN在CANH和CANL
之间并入120Ω电阻。
为什么是120Ω,因为电缆的特性阻抗为120Ω,为了模拟无限远的传输
线。
(因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100~120Ω。
)
120欧姆只是为了保证阻抗完整性,消除回波反射,提升通信可靠性的,因此,其只需要在
总线最远的两端接上120欧姆电阻即可,而中间节点并不需要接(接了反而有可能会引起问题)。
因此各位在使用CANOmega做CAN总线侦听的时候,大多数情况下是不需要这个120欧姆
电阻的,当然,即使当前网络中并没有终端匹配电阻,只要传输线长度不长(比如SysCan360
比赛环境中,传输线只有1-2米)CAN节点数量不多的情况下,不要这个120欧姆电阻也完
全可以工作,甚至,你接任意电阻都是不会有影响的。
因为此时传输线长度和波长还相差甚远,
节点不多的情况下,反射波的叠加信号强度也不会很强,因此传输线效应完全可以忽略。
而哪些情况需要呢,主要就是,当使用2个CANOmega对发或者当前网络中仅有2个
CAN设备的时候,此时两个端点最好都加上终端匹配电阻,当然,前面也说过了,传输线长度
不长的时候,也可以不需要2端120欧姆电阻,但为了信号完整性考虑,加上这两个电阻才是
严谨的。
2个120欧姆电阻的意义在于,使用USBCAN调试某些不带终端电阻的中间节点设备时,
有时候CAN总线上没有2个120欧姆电阻通信可能会异常,此时可以接入2个120欧姆电阻
作为2个终端电阻来作阻抗匹配,这时候其他端点不应接入任何终端电阻!
并且,这2个120
欧姆电阻不可用1个60欧姆电阻代替!
125kHz
载波的波长大概在
(c/f)=(3e8m/s)/(125e3Hz)=2.4km
,其临界长度为
2.4kM
/10=240m>
>
2m
,也即传输线长度不超过
240m
,分布阻抗带来的影响可以忽略不计
2.2数据链路层
CAN总线传输的是CAN帧,CAN的通信帧分成五种,分别为数据帧、远程帧、错误帧、
过载帧和帧间隔。
数据帧用来节点之间收发数据,是使用最多的帧类型;
远程帧用来接收节点向发送节点接收数据;
错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧;
过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧;
用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。
数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧(2.0A)和扩展帧(2.0B)
2.3帧起始
帧起始由一个显性位(低电平)组成,发送节点发送帧起始,其他节点同步于帧起始;
帧结
束由7个隐形位(高电平)组成。
2.4仲裁段
CAN总线是如何解决多点竞争的问题?
由仲裁段给出答案。
CAN总线控制器在发送数据的同时监控总线电平,如果电平不同,则停止发送并做其他处
理。
如果该位位于仲裁段,则退出总线竞争;
如果位于其他段,则产生错误事件。
帧ID越小,优先级越高。
由于数据帧的RTR位为显性电平,远程帧为隐性电平,所以帧格
式和帧ID相同的情况下,数据帧优先于远程帧;
由于标准帧的IDE位为显性电平,扩展帧的IDE
位为隐形电平,对于前11位ID相同的标准帧和扩展帧,标准帧优先级比扩展帧高。
2.5控制段
共6位,标准帧的控制段由扩展帧标志位IDE、保留位r0和数据长度代码DLC组成;
扩展帧控制段则由IDE、r1、r0和DLC组成。
2.6数据段
为0-8字节,短帧结构,实时性好,适合汽车和工控领域;
2.7CRC段
CRC校验段由15位CRC值和CRC界定符组成。
2.8ACK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。
2.9远程帧
远程帧分为6个段,也分为标准帧和扩展帧,且RTR位为1(隐性电平)
CAN是可靠性很高的总线,但是它也有五种错误。
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
为防止某些节点自身出错而一直发送错误帧,干扰其他节点通信,CAN协议规定了节点的
3种状态及行为。
2.10过载帧
当某节点没有做好接收的"
准备"
时,将发送过载帧,以通知发送节点。
2.11帧间隔
用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧,错误帧和过载帧前面不加帧间隔。
2.12构建CAN节点
构建节点,实现相应控制,由底向上分为四个部分:
CAN节点电路、CAN控制器驱动、
CAN应用层协议、CAN节点应用程序。
虽然不同节点完成的功能不同,但是都有相同的硬件和软件结构。
收发器和控制器分别对应
的物理层和数据链路层,完成
报文的收发;
功
能电路,完成特定的功能,如信号采集或控制外设等;
主控制器与应用软件按照
报文格式
解析报文,完成相应控制。
CAN硬件驱动是运行在主控制器(如P89V51)上的程序,它主要完成以下工作:
基于寄
存器的操作,初始化CAN控制器、发送CAN报文、接收CAN报文;
如果直接使用CAN硬件驱动,当更换控制器时,需要修改上层应用程序,移植性差。
在应
用层和硬件驱动层加入虚拟驱动层,能够屏蔽不同CAN控制器的差异。
一个CAN节点除了完成通信的功能,还包括一些特定的硬件功能电路,功能电路驱动向下
直接控制功能电路,向上为应用层提供控制功能电路函数接口。
特定功能包括信号采集、人机显
示等。
CAN收发器是实现CAN控制器逻辑电平与CAN总线上差分电平的互换。
实现CAN收发
器的方案有两种,一是使用CAN收发IC(需要加电源隔离和电气隔离),另一种是使用CAN
隔离收发模块。
推荐使用第二种。
CAN控制器是CAN的核心元件,它实现了CAN协议中数据链路层的全部功能,能够自动
完成CAN协议的解析。
CAN控制器一般有两种,一种是控制器IC(SJA1000),另一种是集
成CAN控制器的MCU(LPC11C00)。
MCU负责实现对功能电路和CAN控制器的控制:
在节点启动时,初始化CAN控制器参数;
通过CAN控制器读取和发送CAN帧;
在CAN控制器发生中断时,处理CAN控制器的中断异
常;
根据接收到的数据输出控制信号;
接口管理逻辑:
解释MCU指令,寻址CAN控制器中的各功能模块的寄存器单元,向主控制器提供中断信息和状态信息。
发送缓冲区和接收缓冲区能够存储CAN总线网络上的完整信息。
验收滤波是将存储的验证码与CAN报文识别码进行比较,跟验证码匹配的CAN帧才会存
储到接收缓冲区。
CAN内核实现了数据链路的全部协议。
2.13CAN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。
CAN应用层协议驱动是运行在主控制器(如P89V51)上的程序,它按照应用层协议来对
CAN报文进行定义、完成CAN报文的解析与拼装。
例如,我们将帧ID用来表示节点地址,当
接收到的帧ID与自身节点ID不通过时,就直接丢弃,否则交给上层处理;
发送时,将帧ID设
置为接收节点的地址。
2.14CAN收发器
SJA1000的输出模式有很多,使用最多的是正常输出模式,输入模式通常不选择比较器模
式,可以增大通信距离,并且减少休眠下的电流。
收发器按照通信速度分为高速CAN收发器和容错CAN收发器。
同一网络中要使用相同的CAN收发器。
CAN连接线上会有很多干扰信号,需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路。
也可以使用CAN隔离收发器(集成滤波器和抗干扰电路)。
CAN控制器与MCU的连接方式
SJA1000可被视为外扩RAM,地址宽度8位,最多支持256个寄存器
1#defineREG_BASE_ADDR0xA000//寄存器基址
2unsignedchar*SJA_CS_Point=(unsignedchar*)REG_BASE_ADDR;
3
4//写SJA1000寄存器
5voidWriteSJAReg(unsignedcharRegAddr,unsignedcharValue){
6*(SJA_CS_Point+RegAddr)=Value;
7return;
8}
9
10//读SJA1000寄存器
11unsignedcharReadSJAReg(unsignedcharRegAddr){
12return(*(SJA_CS_Point+RegAddr));
13}
将存区的数据写入寄存器
⋯⋯for(i=0;
i<
len;
i++){WriteSJAReg(RegAdr+i,ValueBuf[i]);
}⋯⋯
将多个寄存器入存区
i++){ReadSJAReg(RegAdr+i,ValueBuf[i]);
文件包含方案:
每个程序包含用到的文件
每个程序包含一个公用文件
,公用头文件包含所有其他头文件
1
#ifndef__CONFIG_H__//
防止头文件被重复包含
2
#define__CONFIG_H__
#include<
8051.h>
//包含80C51寄存器定义头文件
4
#include"
SJA1000REG.h"
//包含SJA1000寄存器定义头文件
5
6//定义取字节运算
7
#defineLOW_BYTE(x)
(unsignedchar)(x)
8
#defineHIGH_BYTE(x)
(unsignedchar)((unsignedint)(x)>
8)
10//定义振荡器时钟和处理器时钟频率(用户可以根据实际情况作出调整)
11#defineOSCCLK11059200UL
12//宏定义MCU的时钟频率
13#defineCPUCLK(OSCCLK/12)
14#endif//__CONFIG_H__
SJA1000上后于复位状,必初始化后才能工作。
(1)置位模式寄存器Bit0位入复位模式;
(2)置分寄存器率、CAN模式;
(3)置收波,定和屏蔽;
(4)置定器寄存器0、1定CAN波特率;
(5)置出模式;
(6)清零模式寄存器Bit0位退出复位模式;
模式寄存器
只检测模式:
SJA1000发送CAN帧时不检查应答位;
只听模式:
此模式下SJA1000不会发送错误帧,用于自动检测波特率;
SJA1000以不同的波特
率接收CAN帧,当收到CAN帧时,表明当前波特率与总线波特率相同。
2.15波特率设置
CAN总线无时钟,使用异步串行传输;
波特率是1秒发送的数据位;
2.16CAN帧发送:
发送CAN帧的步骤:
1.检测状态寄存器,等待发送缓冲区可用;
2.填充报文到发送缓冲区;
3.启动发送。
SJA1000具有一个12字节的缓冲区,要发送的报文可以通过寄存器16-28写入,也可通
过寄存器96-108写入或读出
设置发送模式
1charSetSJASendCmd(unsignedcharcmd){
2unsignedcharret;
3switch(cmd){
4default:
5case0:
6ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,TR_BIT);
//正常发送
7break;
8case1:
9ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,TR_BIT|AT_BIT);
//单次发送
10break;
11case2:
12ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,TR_BIT|SRR_BIT);
//自收自发
13break;
14case0xff:
15
ret=SetBitMask(REG_CAN_CMR,AT_BIT);
//
终止发送
16
break;
17
}
18
returnret;
19
发送函数
unsignedcharSJA_CAN_Filter[8]={//
定义验收滤波器的参数,接收所有帧
0x00,0x00,0x00,0x00,
//ACR0~ACR3
0xff,0xff,0xff,0xff
//AMR0~AMR3
};
6
unsignedcharSTD_SEND_BUFFER[11]={//CAN
发送报文缓冲区
0x08,//帧信息,标准数据帧,数据长度
=8
0xEA,0x60,//
帧ID=0x753
0x55,0x55,0x55,0x55,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa
帧数据
10
11
voidmain(void)//
主函数,程序入口
12
{
13
timerInit();
初始化
14
D1=0;
SJA1000_RST=1;
//
硬件复位SJA1000
timerDelay(50);
//延时500ms
SJA1000_RST=0;
SJA1000_Init(0x00,0x14,SJA_CAN_Filter);
初始化SJA1000,设置波特率为
1Mbps
20
//无限循环,main()
函数不允许返回
21
for(;
;
){
22
SJASendData(STD_SEND_BUFFER,0x0);
23
timerDelay(100);
延时1000ms
24
25
为什么帧ID是0x753,这与CAN帧在缓冲区的存储格式有关。
终端电阻非常重要,当波特率较高而且没加终端电阻时,信号过冲非常严重。
SJA1000有64个字节的接收缓冲区(FIFO),这可以降低对MCU的要求。
MCU可以通
过查询或中断的方式确定SJA1000接收到报文后读取报文。
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