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1、第3章 CAN总线,控制器局域网（Controller Area Network，CAN）是一个支持分布式实时控制的串行通信网络。20世纪80年代，BOSCH公司提出了最初用于汽车电子装置互联的控制器局域网CAN串行通信总线系统。CAN被汽车行业和控制领域广泛应用，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和“主动”CAN2.0
2、B；“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。,3.1 CAN协议的体系结构,3.2 物理层,3.2.1 物理层的特点1.物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路的电气特性、数据传输的编码与解码、定时以及同步的实施标准。Bosch CAN对物理层没有具体定义；ISO11898定义的高速CAN；ISO11519-2定义的低速CAN；,2.ISO11898定义的高速CAN,3.ISO11519-2定义的低速CAN,图3-4,图3-5 低速容错CAN的物理信号,4.ISO11
3、898和ISO11519-2物理层的主要区别,3.2.2 位定时及其同步,CAN节点本来都在独自运行，而通讯之类的操作却要求在它们之间建立协作关系。为了达到并维持这种协作关系，有关节点中的协议控制芯片必须在位定时逻辑的管理下，进行正确的同步处理。,1.位定时,图 3-6 CAN的位定时与同步规则,S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点P：补偿信号在传播过程中难以避免的延迟时间（延时和的2倍）P1、P2：均可伸缩，它们用于对位定时逻辑进行调整，以适应总线信号的实际位时间相对于额定值的变化。采样点：接收器中读取总线状态的时刻，位于P1和P2之间，因为总线信号发展到这里，其物理属性一般已经比较稳定，此
4、刻的总线状态应该可以充分体现出实际的位值,位定时的计算,时间基准单元（Time Quantum，TQ，），是由振荡器周期产生的固定时间长度，可以通过编程设定为不同的振荡器周期倍数。位时间中，各时间段长度都以TQ为单位计算：1）SYNC-SEG是1个TQ。2）PROP-SEG是l 8个TQ。3）PHASE-SEG1可编程设为 l8个TQ。4）PHASE-SEG2取PHASE-SEG1和IPT两者中的最大值。信息处理时间IPT一般小于等于2个TQ。标称位时间长度NBT必须通过编程设定为825个TQ范围内的值。,2.同步,1）硬同步：具有强制性，就是说无论接收器原先处于何种状态，现在它都必须以导致硬
5、同步的那个下降沿为起点，重新开始位定时。在t1时刻，总线状态由原来的空闲变为显性。由于总线空闲之后的第一个显性位必为CAN帧的SOF，所以接收器知道有节点在送出消息，便执行一次“硬同步”（Hard Synchronization）。,同步沿在同步段。硬同步之后，接收器的位定时逻辑开始以额定位时间按部就班地监测总线。,2）再同步（软同步）：为了补偿传输中造成的同步差异，对同步信号进行调整。t2时刻，第三位数的起始下降沿落在了tB2的P2中，显然tB3的同步段将“名不副实”，于是接收器的位定时逻辑需要进行一次“再同步”3）再同步跳变宽度（RJW）：对同步点进行一次调整的时间（TQ数）。,采样时刻发
6、生变化和采样时间长度发生变化,再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。跳变沿的位置错误E定义为跳变沿与SYNC-SEG的相对位置长度的TQ数。其符号e定义如下：1）如果跳变沿在SYNC-SEG中，则e=0。2）如果跳变沿在SYNC-SEG之前，则e0。,当E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果E大于再同步跳变宽度时，则：l）如果e0，PHASE-SEG1加长RJW。2）如果e0，PHASE-SEG2减小RJW。,采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化,3.位填充,当采用非归零（NRZ）编码连续发送相同位时，就无法得到这样的同步信息；CAN采用位填充规则弥补这个缺点，为接收端的再同步提供条件。一个帧中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和CRC域的二进制位流通过位填充方式编码，每当发送端检测到连续的5个相同位时，自动插入一个补位。在CAN中，两个跳变间的最大时间为29个TQ。,3.2.3 CAN总线收发器,CAN的物理层接口芯片。在CMOS电平与差分电压之间实现信号形式的转换。CAN收发器分成两种：高速CAN飞利浦的PCA82C250 低速CAN摩托罗拉的MC33388,CAN总线收发器,思考题,1.总线空闲时电平状态如何？2.总线定时和同步如何实现？,
