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標題: CAN2.0規范學習研究 [打印本頁]

作者: 51黑黑黑 時間: 2016-2-21 15:39
標題: CAN2.0規范學習研究
概述
CAN總線是BOSCH公司發布的一款針對汽車電子的總線協議，主要用于汽車各部件之間的通信以及對各部件進行檢測。
1989年PHILIPS公司發布了CAN2.0標準
1991年ISO組織講CAN總線協議列為標準的現場總線協議ISO11898
第一章：
要了解CAN總線的知識，必須實現了解NRZ編碼，因為CAN總線的物理層使用的就是NRZ編碼。NRZ編碼的示例圖如下圖所示：

NRZ編碼

NRZ編碼存在的一個問題就是當連續傳輸n多個0或者n多個1時，發送者和接收者沒法進行同步。

NRZI 編碼（Non-Return-to-ZeroInverted Code）和 NRZ 的區別就是 NRZI 用信號的翻轉代表一個邏輯，信號保持不變代表另外一個邏輯。

USB 傳輸的編碼就是 NRZI 格式，在 USB 中，電平翻轉代表邏輯 0，電平不變代表邏輯1（NRZI 遇 0 翻轉，遇 1 不變）：NRZI編碼如下圖所示：

NRZI編碼

翻轉的信號本身可以作為一種通知機制，而且可以看到，即使把 NRZI 的波形完全翻轉，所代表的數據序列還是一樣的，對于像 USB 這種通過差分線來傳輸的信號尤其方便.

但是同樣，NRZ 和 NRZI 都沒有自同步特性，但是可以用一些特殊的技巧解決。比如，先發送一個同步頭，內容是 0101010 的方波，讓接受者通過這個同步頭計算出發送者的頻率，然后再用這個頻率來采樣之后的數據信號，就可以了。
  在 USB 中，每個 USB 數據包，最開始都有個同步域（SYNC），這個域固定為 00000001，這個域通過 NRZI 編碼之后，就是一串方波（復習下前面：NRZI 遇 0 翻轉遇 1 不變），接受者可以用這個 SYNC 域來同步之后的數據信號。
  此外，因為在USB的NRZI編碼下，邏輯0會造成電平翻轉，所以接受者在接受數據的同時，根據接收到的翻轉信號不斷調整同步頻率，保證數據傳輸正確.
  但是，這樣還是會有一個問題，就是雖然接受者可以主動和發送者的頻率匹配，但是兩者之間總會有誤差。假如數據信號是1000個邏輯1，經過USB的NRZI編碼之后，就是很長一段沒有變化的電平，在這種情況下，即使接受者的頻率和發送者相差千分之一，就會造成把數據采樣成 1001 個或者999個1了。
  USB 對這個問題的解決辦法，就是強制插 0，也就是傳說中bit-stuffing，如果要傳輸的數據中有7個連續的1，發送前就會在第6個1后面強制插入一個0，讓發送的信號強制出現翻轉，從而強制接受者進行頻率調整。接受者只要刪除6個連續1之后的0，就可以恢復原始的數據了。

而CAN協議當位流里有連續5個1或者連續5個0時，便在位流里插入一個補充位，而接收器則自動刪除這個補充位，換句話說，最長等待5個bit的時間，各節點就可以進行同步。需注意連續6個相同的位表示ERRORFLAG,

bit-stuffing的示意圖如下所示：圖中白色的為填充位

位填充示意圖

關于NRZ編碼就介紹到這里。下面我們將介紹CAN2.0的規范

第二章 CAN2.0規范

CAN2.0規范分為A和B兩部分，其中A定義了標準幀，B定義了標準幀和擴展幀。

其中標準幀又分為四種：

數據幀

遠程幀

過載幀

錯誤幀

數據幀：

標準數據幀的格式如圖所示：

標準數據幀示意圖

有圖可以看出數據幀由如下及部分組成：

SOF 起始幀

ARBITRATIONFIELD 仲裁域

CTRLFIELD 控制域

DATAFIELD 數據域

CRC FIELD 校驗域

ACKFIELD 確認域

EOF 終止幀

數據域的長度可以為0

MESSAGE ID 用于尋址，它在總線網絡中是唯一的。CAN控制器一般都有一個驗收碼寄存器和驗收屏蔽寄存器，當接收到消息ID時，控制器檢查驗收寄存器為1的位有哪些，那么就不去判斷MESSAGEID的相應位，剩下的位如果和驗收寄存器的值相等，那么就接收該消息。

MESSAGE ID號越小表示優先級越高，多個節點同時發送數據時總線通過該域進行仲裁，傳輸優先級高的節點繼續傳輸，失去傳輸資格的節點在總線空閑時重新傳輸。仲裁的過程如下圖所示：

CAN仲裁過程示意圖
如圖，仲裁采用的是按位仲裁的方式，誰的大值出現的早誰就先退出仲裁。

INTERMISSIONFIELD 用于區區分開兩個連續的幀

擴展數據幀的格式如下：

兩種幀的區別在于CTRLFIELD 中的識別符擴展位（IDE)

遠程幀也分為兩種：標準幀和擴展展，他們與數據幀的區別在于：
遠程幀沒有數據域
RTR位為recessivebit
其它完全一樣。

錯誤幀只有當檢測到CAN標準定義的錯誤時產生錯誤幀，錯誤幀的位數有6-12BIT，錯誤幀的示意圖如下：

錯誤幀示意圖
過載幀
一般情況下，如下幾種情況會導致過載幀的出現
1、上次接收的數據幀未被CPU讀取，又來了新的數據幀
2、CAN節點檢測到幀間隔的第一位或者第二位為dominant位，在檢測到dominant位后馬上發出
3、CAN節點檢測到錯誤幀的界定域或者過載幀的界定域存在dominant位，在檢測到dominant位后馬上發出。
過載幀示意圖如下：

過載幀
暫時到這里，有了新的理解再持續更新

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