串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)CAN幀格式詳解

MCU沒有CAN或CAN接口數(shù)量不夠怎么辦？目前市面上有串口轉(zhuǎn)CAN的相關(guān)模塊或設(shè)備，但大家知道串口轉(zhuǎn)CAN是如何實(shí)現(xiàn)的嗎？轉(zhuǎn)換后的幀格式是如何的？本文將為大家詳細(xì)介紹串口經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的CAN幀格式與注意事項(xiàng)。

適用場景

串口轉(zhuǎn)CAN模塊在什么時(shí)候需要用到呢？一是老產(chǎn)品面臨升級，需要用到CAN總線通信，但硬件平臺中的MCU沒有集成CAN總線的控制器。二是選用的MCU已經(jīng)包含CAN總線接口，但數(shù)量上不能滿足項(xiàng)目需求。若出現(xiàn)類似以上兩種情況且MCU有閑置串口，則可以選用串口轉(zhuǎn)CAN模塊解決。

圖1 應(yīng)用行業(yè)

使用方法

該類模塊可以很方便地嵌入到具有UART接口的設(shè)備中，在不需改變原有硬件結(jié)構(gòu)的前提下使設(shè)備獲得CAN-bus通訊接口，實(shí)現(xiàn)具有UART設(shè)備和CAN-bus網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。工業(yè)級的轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部還包括實(shí)現(xiàn)帶隔離的CAN和UART轉(zhuǎn)換所必須的模擬和數(shù)字器件、光電耦合器、DC/DC變換器、CAN-bus接口等。

圖2 產(chǎn)品架構(gòu)

轉(zhuǎn)換說明

CSM100系列模塊提供3種協(xié)議轉(zhuǎn)換方式：透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)示轉(zhuǎn)換、自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換。下面以CSM100系列的模塊簡述模塊的透明轉(zhuǎn)換格式。

該模式下，CSM100接收到一側(cè)總線的數(shù)據(jù)就立即轉(zhuǎn)換發(fā)送至另一總線側(cè)。該模式下的模塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率最高，能承擔(dān)較大流量的數(shù)據(jù)傳輸。串行幀轉(zhuǎn)CAN幀時(shí)，模塊將來自串口的數(shù)據(jù)直接打包，并插入預(yù)先配置的CAN幀信息、幀ID一同作為一幀數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。同理，來自CAN總線上的數(shù)據(jù)將按順序拆分為字節(jié)流發(fā)送到串口上，字節(jié)流的前幾個(gè)字節(jié)為該CAN幀的信息。

圖3 轉(zhuǎn)換方式

說到這，大家肯定有個(gè)疑惑，CAN幀的信息及CAN幀ID是如何表示的呢？

幀信息主要用來區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀，長度為1個(gè)字節(jié)。在“自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換”中，標(biāo)準(zhǔn)幀固定為 0x00， 擴(kuò)展幀固定為 0x80； 在“透明轉(zhuǎn)換”“透明帶標(biāo)識轉(zhuǎn)換” 中， 標(biāo)準(zhǔn)幀為 0x0_，擴(kuò)展幀為 0x8_，其中“_” 代表每個(gè)幀中的數(shù)據(jù)域長度， 范圍為 0~8。

標(biāo)準(zhǔn)幀的幀ID拆分為2個(gè)字節(jié)表示，擴(kuò)展幀的幀ID拆分為4個(gè)字節(jié)表示。如果實(shí)際配置時(shí)給幀ID預(yù)留的只有一個(gè)字節(jié)且?guī)愋蜑閿U(kuò)展幀，方向是CAN幀轉(zhuǎn)串行幀，那么將只能得到幀ID的高8位。如果實(shí)際配置時(shí)給幀ID預(yù)留的只有一個(gè)字節(jié)且?guī)愋蜑閿U(kuò)展幀，方向是串行幀轉(zhuǎn)CAN幀，那么將幀ID的高8位正常填充，其他三字節(jié)全補(bǔ)零。

圖4 幀ID轉(zhuǎn)換說明

假設(shè)配置的轉(zhuǎn)換成的CAN報(bào)文幀信息為“標(biāo)準(zhǔn)幀”，配置的幀ID1，ID0分別為“0x01，0x23”，串行幀的數(shù)據(jù)為01，02，03，04，05，06，07，08共8個(gè)字節(jié)，那么轉(zhuǎn)換格式如圖5。CAN報(bào)文的幀ID為0x0123（用戶配置），幀信息：標(biāo)準(zhǔn)幀（用戶配置），串行幀中的數(shù)據(jù)部分將不作任何修改地轉(zhuǎn)換到CAN報(bào)文中。

圖5 串行幀到CAN幀

假設(shè)CAN報(bào)文中幀ID1為0x01，幀ID0為 0x23，數(shù)據(jù)為0x12，0x34，0x56，0x78，0xab，0xcd，0xef，0xff，則CAN報(bào)文和轉(zhuǎn)換后的串行幀如圖6。CAN報(bào)文的幀信息（0x08）轉(zhuǎn)換到串行幀中的第1個(gè)字節(jié)（0x08），CAN報(bào)文中的ID：0x0123依次轉(zhuǎn)換到串行幀中的第2個(gè)字節(jié)（0x01）及第3個(gè)字節(jié)（0x23）。CAN報(bào)文的數(shù)據(jù)域?qū)⒉蛔魅魏涡薷牡剞D(zhuǎn)換到串行幀中的數(shù)據(jù)部分。

圖6 CAN幀到串行幀

總結(jié)

以上為串口轉(zhuǎn)CAN透明格式下的轉(zhuǎn)換方式，后續(xù)筆者將新增透明帶標(biāo)示轉(zhuǎn)換、自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換以及moudbus轉(zhuǎn)換的內(nèi)容，歡迎持續(xù)關(guān)注。