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CAN總線學(xué)習(xí)筆記一:CAN總線的相關(guān)概念

作者: 時(shí)間:2014-12-31 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  題記:

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/267558.htm

  在這信息爆炸的年代,學(xué)習(xí)一樣新的知識(shí),尤其是IT技術(shù)的學(xué)習(xí),網(wǎng)絡(luò)是必不可少的。一陣狂搜過(guò)后,發(fā)現(xiàn)基于總線的介紹確實(shí)不少,但是大多好像都雷同了,也許是不斷轉(zhuǎn)貼的結(jié)果吧。而且這些知識(shí)點(diǎn)也都太零散了,讓人看了,尤其是初學(xué)者有點(diǎn)找不著北的感覺(jué)。所以,本著謙虛好學(xué)腳踏實(shí)地的菜鳥(niǎo)精神,決定把網(wǎng)上搜的,書(shū)上看的,再添油加醋的做一番比較系統(tǒng)的整理。算是為學(xué)習(xí)總線理清思路,快速上手打基礎(chǔ)吧。

  一、什么是總線?

  CAN,全稱(chēng)為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng),是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初,CAN被設(shè)計(jì)作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊,在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息,形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如:發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中,均嵌入CAN控制裝置。

  一個(gè)由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中,理論上可以?huà)旖訜o(wú)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中,節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如,當(dāng)使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí),同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外,硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。

  二、CAN 總線是如何發(fā)展的?

  CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車(chē)工業(yè)中,由德國(guó)公司最先提出。當(dāng)時(shí),由于消費(fèi)者對(duì)于汽車(chē)功能的要求越來(lái)越多,而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多是基于電子操作的,這就使得電子裝置之間的通訊越來(lái)越復(fù)雜,同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線。提出CAN總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊,減少不斷增加的信號(hào)線。于是,他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線,所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年,CAN 已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519(低速應(yīng)用)。

  CAN是一種多主方式的串行通訊總線,基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率,高抗電磁干擾性,而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10Km時(shí),CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

  由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能,因此,CAN已經(jīng)在汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

  三、CAN 總線是如何工作的?

  CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開(kāi)放系統(tǒng)互連模型(OSI)一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊。實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層,而設(shè)備只通過(guò)模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。下表中展示了OSI開(kāi)放式互連模型的各層。應(yīng)用層協(xié)議可以由CAN用戶(hù)定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是DeviceNet,這是為PLC和智能傳感器設(shè)計(jì)的。在汽車(chē)工業(yè),許多制造商都應(yīng)用他們自己的標(biāo)準(zhǔn)。

  CAN能夠使用多種物理介質(zhì),例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號(hào)使用差分電壓傳送,兩條信號(hào)線被稱(chēng)為“CAN_H”和“CAN_L”,靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右,此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”,也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,稱(chēng)為“顯形”,此時(shí),通常電壓值為:CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。

  四、CAN 有哪些特性?

  CAN具有十分優(yōu)越的特點(diǎn),使人們樂(lè)于選擇。這些特性包括:

  1、低成本;

  2、極高的總線利用率;

  3、很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10Km);

  4、高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbit/s);

  5、可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;

  6、可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;

  7、發(fā)送的信息遭到破壞后,可自動(dòng)重發(fā);

  8、節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;

  9、報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址,僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

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