關(guān)于CAN總線的這些事

鋼鐵大機人

機械男生小白一枚，初入職場，與工程機械打交道三年了,，這些機械的操作控制系統(tǒng)原來全是用的模擬電路來控制的，所以接觸到的都是模擬電路控制系統(tǒng)，最近接受了幾臺機械,，電氣操作系統(tǒng)變成了CAN總線控制的了，而且模擬傳感器也大部分更換成了數(shù)字傳感器,，對于只有基本電子電工知識的我來說表示完全對CAN沒有頭緒,。請教下各路大神，怎么能系統(tǒng)的學習CAN總線,？各位老師各位大哥大姐,，有什么好的建議

hc2003

CAN總線是什么,？

wugamp

這種問題應(yīng)該去電子、自動化方面的論壇討論。

好好干機械

第一次聽說模擬比數(shù)字簡單的…………

鋼鐵大機人

hc2003 發(fā)表于 2016-7-14 17:45
5 \( j3 w/ [# e, `CAN總線是什么,？

* b. s9 b0 v0 `2 z$ |; NCAN是一種工業(yè)控制總線,，這種總線技術(shù)可以簡化系統(tǒng)的布線，抗干擾能力強,，我只知道這么多......

鋼鐵大機人

wugamp 發(fā)表于 2016-7-14 18:21
這種問題應(yīng)該去電子,、自動化方面的論壇討論。

3 h; M8 l( `6 E1 ]9 s這種車屬于施工機械,，所以來這兒問了,，估計這兒大部分是機械類大神

鋼鐵大機人

好好干機械 發(fā)表于 2016-7-14 19:27
) ]2 v/ H! q0 v第一次聽說模擬比數(shù)字簡單的…………

1 f8 u! @: b/ H; v% u主要是我們的機械車的控制系統(tǒng)不是太復雜，原來用的大部分是模擬電路,，比如一個傳感器輸出多少mV對應(yīng)幾個mm有一個比例關(guān)系,，根據(jù)輸入程控版邏輯計算后輸出一個值去換向閥或者伺服閥，出現(xiàn)故障的時候可以順著整個回路查,，甚至可以去測量電路板的引腳的電壓值來判斷它的輸出值是否符合各路輸入和邏輯表達式的關(guān)系�,，F(xiàn)在的新車換了一套操作系統(tǒng)，用的是CAN總線,，原來的模擬傳感器換成數(shù)字傳感器,，整個系統(tǒng)的模塊、傳感器用一根總線串起來,，傳輸0101010這樣的信號,，系統(tǒng)故障了也不知道從哪兒下手處理，感覺一下子沒有頭緒了,，所以才覺得比模擬電路較復雜

英德康

CAN總線簡單講用四根線實現(xiàn)通訊,，+/-兩根，高地位兩根,，四根線可多個元件共享,，德國發(fā)明，用在汽車制造
CAN總線 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN）,，是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議,。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性,、舒適性,、方便性、低公害,、低成本的要求,，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同,，由多條總線構(gòu)成的情況很多,，線束的數(shù)量也隨之增加,。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN,，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要,，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后,，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議,。
* }0 }$ D4 e! Q, fCAN 的高性能和可靠性已被認同,，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶,、醫(yī)療設(shè)備,、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一,，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng),。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持,。
; @9 T+ ^# a8 g4 c9 x優(yōu)勢編輯
0 f+ i2 d  {/ D9 I4 w: A6 VCAN屬于現(xiàn)場總線的范疇,，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：
2 ?, s- Y' ]9 J" H0 K1 N網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強
首先,，CAN控制器工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù),，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼,，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù),，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強,，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性,。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性,、可靠性較差,；
( K; e, g& Q& D# h) F; V- Q3 D4 f開發(fā)周期短
; d9 x7 q8 a, }$ O1 hCAN總線通過CAN收發(fā)器接口芯片82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài),。這就保證不會在出現(xiàn)在RS-485網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象，即當系統(tǒng)有錯誤,，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時,，導致總線呈現(xiàn)短路,，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響,，從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題,，使得總線處于“死鎖”狀態(tài),。而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn),，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度,，縮短了開發(fā)周期，這些是僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的,。
& W$ \8 N1 N  Y  t: {# D( v- q  o已形成國際標準的現(xiàn)場總線
( U7 E( c( a# s$ t* y1 B另外,，與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是具有通信速率高,、容易實現(xiàn),、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。這些也是CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,，具有強勁的市場競爭力的重要原因,。
6 ?9 i: Q& I& ?( z. v( M# }最有前途的現(xiàn)場總線之一
CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇,。與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性,、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設(shè)計,，CAN總線越來越受到人們的重視,。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商,，如BENZ（奔馳）,、BMW（寶馬）、PORSCHE（保時捷）,、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）和JAGUAR（捷豹）等都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信,。同時，由于CAN總線本身的特點,，其應(yīng)用范圍已不再局限于汽車行業(yè),，而向自動控制、航空航天,、航海,、過程工業(yè)、機械工業(yè),、紡織機械,、農(nóng)用機械,、機器人、數(shù)控機床,、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展,。CAN已經(jīng)形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一,。其典型的應(yīng)用協(xié)議有：SAE J1939/ISO11783,、CANOpen、CANaerospace,、DeviceNet,、NMEA 2000等。
發(fā)展編輯
! W" Z1 j0 U, S; P6 I' i控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主機局部網(wǎng),，由于其高性能、高可靠性,、實時性等優(yōu)點現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化,、多種控制設(shè)備、交通工具,、醫(yī)療儀器以及建筑,、環(huán)境控制等眾多部門�,？刂破骶植烤W(wǎng)將在中國迅速普及推廣,。
隨著計算機硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個分支,，并取得了巨大進步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求,，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化,，系統(tǒng)面向分散化，即負載分散,、功能分散,、危險分散和地域分散。
分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的,。這類系統(tǒng)是以微型機為核心,，將 5C技術(shù)--COMPUTER（計算機技術(shù)）、CONTROL（自動控制技術(shù)）,、COMMUNICATION（通信技術(shù)）,、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍,、可擴展性,、可維護性以及抗故障能力等方面,，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。
典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備,、接口與計算設(shè)備以及通信設(shè)備組成�,，F(xiàn)場總線（FIELDBUS）能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個領(lǐng)域�,，F(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點,。盡管對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現(xiàn)場總線的高性能價格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用,。同時,，正由于現(xiàn)場總線的標準尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮,，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù),。控制器局部網(wǎng) CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在這種背景下應(yīng)運而生的,。
7 W$ l5 w! R5 v- n由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣,，導致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標準化。為此,，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）,。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式,，能提供11位地址,；而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式，提供29位地址,。此后,，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標準（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標準化,、規(guī)范化推廣鋪平了道路,。
特點編輯
CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線,，通信介質(zhì)可以是雙絞線,、同軸電纜或光導纖維。通信速率最高可達1Mbps,。
完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理
# w, X4 b% L+ yCAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充,、數(shù)據(jù)塊編碼,、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作,。
使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制
( h. m0 x$ q$ K1 N+ P$ F6 N/ O" ]! sCAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼,。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識符可由11位或29位二進制數(shù)組成,，因此可以定義2或2個以上不同的數(shù)據(jù)塊,，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù),，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用,。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令,、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求,。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長,，從而保證了通信的實時性,。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性,。CAN卓越的特性,、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連,，因此,，越來越受到工業(yè)界的重視,，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一,。
可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信
) D, q8 |: S" n$ hCAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點,。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次,，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標準化組織認證,，技術(shù)比較成熟,，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高,，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊,。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng),。
結(jié)構(gòu)簡單
  I1 {+ R; w+ q1 b; B只有2根線與外部相連,，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。
傳輸距離和速率
CAN總線特點：(1) 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分,，任意一個節(jié)點可以向任何其他（一個或多個）節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信,，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點信息在134μs通信; (2) 多個節(jié)點同時發(fā)起通信時,，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的,，不會對通信線路造成擁塞; (3) 通信距離最遠可達10KM(速率低于5Kbps)速率可達到1Mbps(通信距離小于40M）,；（4) CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜,。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量,，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用,。
技術(shù)介紹編輯
4 b1 n: C# I$ Z. U  z* y位仲裁
要對數(shù)據(jù)進行實時處理,，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度,。在幾個站同時需要發(fā)送數(shù)據(jù)時,，要求快速地進行總線分配。實時處理通過網(wǎng)絡(luò)交換的緊急數(shù)據(jù)有較大的不同,。一個快速變化的物理量,，如汽車引擎負載，將比類似汽車引擎溫度這樣相對變化較慢的物理量更頻繁地傳送數(shù)據(jù)并要求更短的延時,。
CAN總線以報文為單位進行數(shù)據(jù)傳送,，報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標識符中，具有最低二進制數(shù)的標識符有最高的優(yōu)先級,。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計時被確立后就不能再被更改,。總線讀取中的沖突可通過位仲裁解決,。如圖2所示,，當幾個站同時發(fā)送報文時，站1的報文標識符為011111,；站2的報文標識符為0100110,；站3的報文標識符為0100111。所有標識符都有相同的兩位01,，直到第3位進行比較時,，站1的報文被丟掉，因為它的第3位為高,，而其它兩個站的報文第3位為低,。站2和站3報文的4、5,、6位相同,，直到第7位時，站3的報文才被丟失,。注意,，總線中的信號持續(xù)跟蹤最后獲得總線讀取權(quán)的站的報文。在此例中，站2的報文被跟蹤,。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點在于,，在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪一個站的報文被傳送以前，報文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上傳送了,。所有未獲得總線讀取權(quán)的站都成為具有最高優(yōu)先權(quán)報文的接收站,，并且不會在總線再次空閑前發(fā)送報文。
) q) q8 I8 z1 J2 ]CAN具有較高的效率是因為總線僅僅被那些請求總線懸而未決的站利用,，這些請求是根據(jù)報文在整個系統(tǒng)中的重要性按順序處理的,。這種方法在網(wǎng)絡(luò)負載較重時有很多優(yōu)點，因為總線讀取的優(yōu)先級已被按順序放在每個報文中了,，這可以保證在實時系統(tǒng)中較低的個體隱伏時間,。
對于主站的可靠性，由于CAN協(xié)議執(zhí)行非集中化總線控制,所有主要通信,，包括總線讀取 （許可）控制,，在系統(tǒng)中分幾次完成。這是實現(xiàn)有較高可靠性的通信系統(tǒng)的唯一方法,。
CAN與其它通信方案的比較
在實踐中,，有兩種重要的總線分配方法：按時間表分配和按需要分配。在第一種方法中,，不管每個節(jié)點是否申請總線,，都對每個節(jié)點按最大期間分配。由此,，總線可被分配給每個站并且是唯一的站,，而不論其是立即進行總線存取或在一特定時間進行總線存取。這將保證在總線存取時有明確的總線分配,。在第二種方法中,，總線按傳送數(shù)據(jù)的基本要求分配給一個站,，總線系統(tǒng)按站希望的傳送分配（如：EthernetCSMA/CD）,。因此，當多個站同時請求總線存取時,，總線將終止所有站的請求,，這時將不會有任何一個站獲得總線分配。為了分配總線,，多于一個總線存取是必要的,。
3 i5 w8 M3 h. m$ k3 e1 r: TCAN實現(xiàn)總線分配的方法，可保證當不同的站申請總線存取時,，明確地進行總線分配,。這種位仲裁的方法可以解決當兩個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的碰撞問題。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的消息仲裁，CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法,，確保在不傳送有用消息時總線不被占用,。甚至當總線在重負載情況下，以消息內(nèi)容為優(yōu)先的總線存取也被證明是一種有效的系統(tǒng),。雖然總線的傳輸能力不足,，所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)中,，如Ethernet,，系統(tǒng)往往由于過載而崩潰，而這種情況在CAN中不會發(fā)生,。
CAN的報文格式
4 ]2 o0 y0 b4 j6 g& ]在總線中傳送的報文,，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報文格式,，其唯一的不同是標識符（ID）長度不同,，標準格式為11位，擴展格式為29位,。
- o  `+ b5 E# ~6 |, h% E7 X在標準格式中,，報文的起始位稱為幀起始（SOF），然后是由11位標識符和遠程發(fā)送請求位 (RTR）組成的仲裁場,。RTR位標明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀,，在請求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)。
控制場包括標識符擴展位（IDE）,，指出是標準格式還是擴展格式,。它還包括一個保留位 (ro），為將來擴展使用,。它的最后四個位用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度（DLC）,。數(shù)據(jù)場范圍為0～8個字節(jié),其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查(CRC）。
2 O" J3 b5 }! g& y/ q應(yīng)答場（ACK）包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符,。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1）,，這時正確接收報文的接收站發(fā)送主控電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法,，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個站能正確接收到報文,。
- N# `5 |2 I  N報文的尾部由幀結(jié)束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,，如果這時沒有站進行總線存取,，總線將處于空閑狀態(tài)。
CAN數(shù)據(jù)幀的組成
遠程幀
1 A* y7 S3 F( @9 s; z% s遠程幀由6個場組成：幀起始,、仲裁場,、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束,。遠程幀不存在數(shù)據(jù)場,。
  ?& R" |' u% z( }8 ~% R遠程幀的RTR位必須是隱位。
4 W3 I9 h& n2 J7 F" i1 ?% nDLC的數(shù)據(jù)值是獨立的,，它可以是0～8中的任何數(shù)值,，為對應(yīng)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度。
; E0 @$ P" Y; n( _0 q錯誤幀
0 @& u. ?9 d% N, O' p& w9 l( `錯誤幀由兩個不同場組成,，第一個場由來自各站的錯誤標志疊加得到,，第二個場是錯誤界定符
錯誤標志具有兩種形式：
$ i! e/ p9 [: o3 N活動錯誤標志（Active error flag），由6個連續(xù)的顯位組成
+ [0 f3 p+ t5 h認可錯誤標志（Passive error flag）,，由6個連續(xù)的隱位組成
# u4 Q2 q( a4 T' r1 A' A+ g錯誤界定符包括8個隱位
5 u  `& P, f3 J7 O0 h5 ~超載幀
超載幀包括兩個位場：超載標志和超載界定符
發(fā)送超載幀的超載條件：
' q! F0 I* x0 M( z- k要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀
在間歇場檢測到顯位
, s& [, p: J; X) B6 A超載標志由6個顯位組成
超載界定符由8個隱位組成
, q: n! L# e, S0 N* I4 t數(shù)據(jù)錯誤檢測
不同于其它總線,，CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實上,，它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出,。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法，其中前三種為基于報文內(nèi)容檢查,。
3.4.1循環(huán)冗余檢查（CRC)
7 j5 V6 }) N. M9 J在一幀報文中加入冗余檢查位可保證報文正確,。接收站通過CRC可判斷報文是否有錯。
3.4.2 幀檢查
這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性,，用于檢查格式上的錯誤,。
! h% V0 }4 [2 ?' F* K3.4.3.應(yīng)答錯誤
' b! V; X' Z( c: v* N如前所述，被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認,。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答,，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤，也就是說,，ACK場已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報文無站接收,。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測錯誤。
3.4.4 總線檢測
' t% }# t  u  m7 J% W, s4 `& d4 t有時,，CAN中的一個節(jié)點可監(jiān)測自己發(fā)出的信號,。因此，發(fā)送報文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異,。
3.4.5 位填充
一幀報文中的每一位都由不歸零碼表示,，可保證位編碼的最大效率,。然而,，如果在一幀報文中有太多相同電平的位，就有可能失去同步,。為保證同步,，同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個連續(xù)相等位后，發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位,；接收時,，這個填充位被自動丟掉。例如,，五個連續(xù)的低電平位后,，CAN自動插入一個高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤,，如果在一幀報文中有6個相同位,，CAN就知道發(fā)生了錯誤。
如果至少有一個站通過以上方法探測到 一個或多個錯誤,，它將發(fā)送出錯標志終止當前的發(fā)送,。這可以阻止其它站接收錯誤的報文，并保證網(wǎng)絡(luò)上報文的一致性,。當大量發(fā)送數(shù)據(jù)被終止后,，發(fā)送站會自動地重新發(fā)送數(shù)據(jù)。作為規(guī)則,，在探測到錯誤后23個位周期內(nèi)重新開始發(fā)送,。在特殊場合，系統(tǒng)的恢復時間為31個位周期,。
但這種方法存在一個問題,，即一個發(fā)生錯誤的站將導致所有數(shù)據(jù)被終止，其中也包括正確的數(shù)據(jù),。因此,如果不采取自監(jiān)測措施,，總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計。為此,，CAN協(xié)議提供一種將偶然錯誤從永久錯誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法,。這種方法可以通過對出錯站統(tǒng)計評估來確定一個站本身的錯誤并進入一種不會對其它站產(chǎn)生不良影響的運行方法來實現(xiàn)，即站可以通過關(guān)閉自己來阻止正常數(shù)據(jù)因被錯誤地當成不正確的數(shù)據(jù)而被終止,。
, b1 x( m. G4 n, |" P) h硬同步和重同步
硬同步只有在總線空閑狀態(tài)條件下隱形位到顯性位的跳變沿發(fā)生時才進行,，表明報文傳輸開始。在硬同步之后,，位時間計數(shù)器隨同步段重新開始計數(shù),。硬同步強行將已發(fā)生的跳變沿置于重新開始的位時間同步段內(nèi)。根據(jù)同步規(guī)則,，如果某一位時間內(nèi)已有一個硬同步出現(xiàn),，該位時間內(nèi)將不會發(fā)生再同步。再同步可能導致相位緩沖段1被延長或相位緩沖段2被短,。這兩個相位緩沖段的延長時間或縮短時間上限由再同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）給定,。
: _0 ?5 s, f+ @, V可靠性編輯
. g* }3 [/ J0 _0 Q! ?: y& b% J為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯誤而對司機造成危險,，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋�,，或者殘留下來的�?shù)據(jù)錯誤足夠低的話,，這一目標不難實現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看,，可靠性可以理解為,，對傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤的識別能力。
殘余數(shù)據(jù)錯誤的概率可以通過對數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計測量獲得,。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率,。殘余數(shù)據(jù)錯誤概率必須非常小，使其在系統(tǒng)整個壽命周期內(nèi),，按平均統(tǒng)計時幾乎檢測不到,。計算殘余錯誤概率要求能夠?qū)��?shù)據(jù)錯誤進行分類，并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述,。如果要確定CAN的殘余錯誤概率,，我們可將殘留錯誤的概率作為具有80～90位的報文傳送時位錯誤概率的函數(shù)，并假定這個系統(tǒng)中有5～10個站,，并且錯誤率為1/1000,，那么最大位錯誤概率為10—13數(shù)量級。例如,，CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1Mbps,，如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50%，那么對于一個工作壽命4000小時,、平均報文長度為 80位的系統(tǒng),，所傳送的數(shù)據(jù)總量為9×1010。在系統(tǒng)運行壽命期內(nèi),，不可檢測的傳輸錯誤的統(tǒng)計平均小于10—2量級,。換句話說，一個系統(tǒng)按每年365天,，每天工作8小時,，每秒錯誤率為0. 7計算，那么按統(tǒng)計平均,，每1000年才會發(fā)生一個不可檢測的錯誤,。[2]
應(yīng)用舉例編輯
CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯CAN即ISO11898-3標準，在汽車領(lǐng)域常使用500Kbps的高速CAN,。
某進口車型擁有,，車身、舒適,、多媒體等多個控制網(wǎng)絡(luò),，其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡(luò),，舒適使用LIN網(wǎng)絡(luò),，多媒體使用MOST網(wǎng)絡(luò),，以CAN網(wǎng)為主網(wǎng)，控制發(fā)動機,、變速箱,、ABS等車身安全模塊，并將轉(zhuǎn)速,、車速,、油溫等共享至全車，實現(xiàn)汽車智能化控制,，如高速時自動鎖閉車門,，安全氣囊彈出時，自動開啟車門等功能,。
CAN系統(tǒng)又分為高速和低速,，高速CAN系統(tǒng)采用硬線是動力型，速度：500kbps,，控制ECU,、ABS等；低速CAN是舒適型,，速度：125Kbps,，主要控制儀表、防盜等,。[3]
& ~, K' L" o9 L+ b( x. k某醫(yī)院現(xiàn)有5臺16T/H德國菲斯曼燃氣鍋爐,，向洗衣房、制劑室,、供應(yīng)室,、生活用水、暖氣等設(shè)施提供5kg/cm2的蒸汽,，全年耗用天然氣1200萬m3,，耗用20萬噸自來水。醫(yī)院采用接力式方式供熱,，對熱網(wǎng)進行地域性管理,，分四大供熱區(qū)。其中冬季暖氣的用氣量很大,，據(jù)此設(shè)計了基于CAN現(xiàn)場總線的分布式鍋爐蒸汽熱網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)�,，F(xiàn)場應(yīng)用表明：該樓宇自動化系統(tǒng)具有抗干擾能力強，現(xiàn)場組態(tài)容易,，網(wǎng)絡(luò)化程度高,，人機界面友好等特點,。
/ L5 S. C+ m8 Y優(yōu)點編輯
; R8 S0 y$ E( C* K廢除傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼,，可以多主方式工作,；
8 Q+ t  C3 H6 T5 q2 L% I3 S4 g采用非破壞性仲裁技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時,，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送,，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突,；
采用短幀結(jié)構(gòu),，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短,，受干擾的概率低,，重新發(fā)送的時間短；
9 {" ]+ ]. A, {" ?7 F7 e每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施,，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃�,，適于在高干擾環(huán)境下使用；
節(jié)點在錯誤嚴重的情況下,，具有自動關(guān)閉總線的功能,，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響,；
1 s3 ^: F: I! v/ \可以點對點,，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。
具有實時性強,、傳輸距離較遠,、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點,；
采用雙線串行通信方式,，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作,；
具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能,，多個控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-Bus上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò),；
2 ~# \6 _) g1 z. k& @( Q$ d可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文,；
可靠的錯誤處理和檢錯機制；
發(fā)送的信息遭到破壞后,，可自動重發(fā),；
% u. j' ?$ g$ w6 M節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；
報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息,、優(yōu)先級信息,。
7 j1 K" g8 v9 m5 @7 ?7 L; K測試工具編輯
CAN總線多用于工控和汽車領(lǐng)域，在CAN總線的開發(fā)測試階段,，需要對其拓撲結(jié)構(gòu),，節(jié)點功能，網(wǎng)路整合等進行開發(fā)測試,，需要虛擬,、半虛擬,、全實物仿真測試平臺,，并且必須測試各節(jié)點是否符合ISO11898中規(guī)定的錯誤響應(yīng)機制等，所以CAN總線的開發(fā)需要專業(yè)的開發(fā)測試工具,，并且在生產(chǎn)階段也需要一批簡單易用的生產(chǎn)線測試工具,。CAN總線開發(fā)測試工具的主要供應(yīng)商有ZLG、Passion IXXAT,、IHR,、Vector、Intrepidcs,、Passion Warwick,、LAIKE等。常用的開發(fā)測試工具如CANScope,、CANalyst-II,、Passiontech DiagRA、canAnalyser,、X-Analyser,、AutoCAN、CANspider,，LAIKE CANTest等,。
+ S" k+ Y. X6 [5 t3 H錯誤處理編輯
在CAN總線中存在5種錯誤類型，它們互相并不排斥,，下面簡單介紹一下它們的區(qū)別,、產(chǎn)生的原因及處理方法。
位錯誤:向總線送出一位的某個節(jié)點同時也在監(jiān)視總線,，當監(jiān)視到總線位的電平和送出的電平不同時,，則在該位時刻檢測到一個位錯誤。但是在仲裁區(qū)的填充位流期間或應(yīng)答間隙送出隱性位而檢測到顯性位時,，不認為是錯誤位,。送出認可錯誤標注的發(fā)送器，在檢測到顯性位時也不認為是錯誤位,。
填充錯誤:在使用位填充方法進行編碼的報文中,，出現(xiàn)了第6個連續(xù)相同的位電平時,，將檢 測出一個填充錯誤。
+ g, Z7 b8 z  S$ H9 |8 |CRC錯誤:CRC序列是由發(fā)送器CRC計算的結(jié)果組成的,。接收器以和發(fā)送器相同的方法計算CRC,。如果計算的結(jié)果和接收到的CRC序列不同，則檢測出一個CRC錯誤,。
1 }- \1 t1 W5 Z( i* M形式錯誤: 當固定形式的位區(qū)中出現(xiàn)一個或多個非法位時,，則檢測到一個形式錯誤。
& V% ~1 G. F8 s# {/ H9 R應(yīng)答錯誤:在應(yīng)答間隙,，發(fā)送器未檢測到顯性位時,，則由它檢測出一個應(yīng)答錯誤。
檢測到出錯條件的節(jié)點通過發(fā)送錯誤標志進行標定,。當任何節(jié)點檢測出位錯誤,、填充錯誤、形式錯誤或應(yīng)答錯誤時,，由該節(jié)點在下一位開始發(fā)送出錯誤標志,。
4 I4 H2 z$ }$ ~9 O當檢測到CRC錯誤時。出錯標志在應(yīng)答界定符后面那一位開始發(fā)送．除非其他出錯條件的錯誤標志已經(jīng)開始發(fā)送,。
在CAN總線中,，任何一個單元可能處于下列3種故障狀態(tài)之一：錯誤激活狀態(tài)（ErrorActive）、錯誤認可狀態(tài)（Error Passitive）和總線關(guān)閉狀態(tài)（Bus off）,。
錯誤激活單元可以照常參和總線通信,，并且當檢測到錯誤時，送出一個活動錯誤標志,。錯誤 認可節(jié)點可參和總線通信,，但是不允許送出活動錯誤標志。當其檢測到錯誤時,，只能送出認可錯 誤標志,，并且發(fā)送后仍為錯誤認可狀態(tài)，直到下一次發(fā)送初始化,�,？偩�關(guān)閉狀態(tài)不允許單元對總 線有任何影響。
為了界定故障,，在每個總線單元中都設(shè)有2個計數(shù)：發(fā)送出錯計數(shù)和接收出錯計數(shù),。這些 計數(shù)按照下列規(guī)則進行。
7 n4 s) z/ B/ C5 h. [; u% g9 T（1）接收器檢查出錯誤時,，接收器錯誤計數(shù)器加1,，除非所有檢測錯誤是發(fā)送活動錯誤標志或超載標志期間的位錯誤。
（2）接收器在送出錯誤標志后的第一位檢查出顯性位時，錯誤計數(shù)器加8,。
- |: t5 w+ \- M（3）發(fā)送器送出一個錯誤標志時,，發(fā)送器錯誤計數(shù)器加8。有兩種情況例外：其一是如果發(fā) 送器為錯誤認可,，由于未檢測到顯性位應(yīng)答或檢測到應(yīng)答錯誤,，并且在送出其認可錯誤標志時，未檢測到顯性位,；另外一種情況是如果仲裁器件產(chǎn)生填充錯誤,，發(fā)送器送出一個隱性位錯誤標志，而檢測到的是顯性位,。除以上兩種情況外,，發(fā)送器錯誤計數(shù)器計數(shù)不改變。
（4）發(fā)送器送出一個活動錯誤標志或超載標志時,，檢測到位錯誤,，則發(fā)送器錯誤計數(shù)器加8,。
（5）在送出活動錯誤標志,、認可錯誤標志或超載錯誤標志后，任何節(jié)點都最多允許連續(xù)7個顯性位,。在檢測到第11個連續(xù)顯性位后,，或緊隨認可錯誤標志檢測到第8個連續(xù)的顯性位，以及附加的8個連續(xù)的顯性位的每個序列后,，每個發(fā)送器的發(fā)送錯誤計數(shù)都加8,，并且每個接收器的接收錯誤計數(shù)也加8。
（6）報文成功發(fā)送后,，發(fā)送錯誤計數(shù)減1,，除非計數(shù)值已經(jīng)為0。
- M, k/ K6 i5 {) q* N) [+ |（7）報文成功發(fā)送后,，如果接收錯誤計數(shù)處于1～197之間,，則其值減1；如果接收錯誤計數(shù)為0,，則仍保持為0,；如果大于127，則將其值記為119～127之間的某個數(shù)值,。
6 `: E7 _0 D: p5 |- n7 t/ t（8）當發(fā)送錯誤計數(shù)等于或大于128,，或接收錯誤汁數(shù)等于或大于128時，節(jié)點進入錯誤認,可狀態(tài),，節(jié)點送出一個活動錯誤標志,。
* ?- T+ w4 I7 @0 }* l4 V（9）當發(fā)送錯誤計數(shù)器大于或等于256時，節(jié)點進入總線關(guān)閉狀態(tài)。
$ W2 W1 ^9 A! u% m6 @（1O）當發(fā)送錯誤計數(shù)和接收錯誤計數(shù)均小于或等于127時,，錯誤認可節(jié)點再次變?yōu)殄e誤激活節(jié)點,。
（11）在檢測到總線上11個連續(xù)的隱性位發(fā)送128次后，總線關(guān)閉節(jié)點將變?yōu)?個錯誤計數(shù)器均為0的錯誤激活節(jié)點,。
（12）當錯誤計數(shù)器數(shù)值大于96時,，說明總線被嚴重干擾。
3 v7 x9 B% e4 @9 p( J$ y. m% y如果系統(tǒng)啟動期間僅有1個節(jié)點掛在總線上,，此節(jié)點發(fā)出報文后,，將得不到應(yīng)答，檢查出錯誤并重復該報文,，此時該節(jié)點可以變?yōu)殄e誤認可節(jié)點,，但不會因此關(guān)閉總線

鋼鐵大機人

英德康 發(fā)表于 2016-9-21 22:01
CAN總線簡單講用四根線實現(xiàn)通訊，+/-兩根,，高地位兩根,，四根線可多個元件共享，德國發(fā)明,，用在汽車制造
CA ...

% P8 `6 A7 t, A' k3 R' a( s; P對于搞機械的人來說,，掌握一種總線的用法是很有必要的，謝謝您,，學習了