can總線特點(diǎn)及原理介紹

CAN 是Controller Area Network 的縮寫(xiě)（以下稱(chēng)為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)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(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類(lèi)型及對(duì)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(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國(guó)電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

CAN總線特點(diǎn)

1、可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。

2、網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。

3、采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。

4、可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。

5、直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率4Kbps以下、

6、通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長(zhǎng)40m、

使用非屏蔽雙絞線傳輸時(shí)，傳輸速率與傳輸距離的關(guān)系如下圖所示。

7、節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)110個(gè)。

8、采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。

9、每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率極低。

10、通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光纖，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可。

11、節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。

CAN總線原理

CAN總線以廣播的方式從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的CPU把將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和標(biāo)識(shí)符發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并使其進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài);一旦該CAN芯片收到總線分配，就變?yōu)榘l(fā)送報(bào)文狀態(tài)，該CAN芯片將要發(fā)送的數(shù)據(jù)組成規(guī)定的報(bào)文格式發(fā)出。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他的節(jié)點(diǎn)都處于接收狀態(tài)，所有節(jié)點(diǎn)都要先對(duì)其進(jìn)行接收，通過(guò)檢測(cè)來(lái)判斷該報(bào)文是否是發(fā)給自己的。

由于CAN總線是面向內(nèi)容的編址方案，因此容易構(gòu)建控制系統(tǒng)對(duì)其靈活地進(jìn)行配置，使其可以在不修改軟硬件的情況下向CAN總線中加入新節(jié)點(diǎn)。

CAN控制器原理

其中CAN核心模塊根據(jù)CAN總線協(xié)議控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收；接口管理邏輯模塊提供SJA1000與主微處理器或其它設(shè)備的連接，主微處理器可以通過(guò)數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線和讀寫(xiě)控制邏輯訪問(wèn)SJA1000的所有寄存器；發(fā)送緩沖區(qū)可以存儲(chǔ)一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)或擴(kuò)展的報(bào)文，當(dāng)主微處理器要求SJA1000發(fā)送報(bào)文時(shí)，接口管理邏輯操縱CAN核心模塊將發(fā)送緩沖區(qū)中的報(bào)文發(fā)送到CAN總線上；當(dāng)接收一個(gè)報(bào)文時(shí)，CAN核心模塊首先將總線上的串行位流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位并行數(shù)據(jù)，然后交給接收過(guò)慮模塊進(jìn)行識(shí)別，決定該報(bào)文是否為主微處理器所要求的報(bào)文類(lèi)別，所有接收的報(bào)文可以存放在接收先進(jìn)先出隊(duì)列，根據(jù)不同的工作模式和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，該隊(duì)列可以存放最多32個(gè)報(bào)文，然后用戶(hù)可以靈活地對(duì)報(bào)文分為不同地優(yōu)先級(jí)和中斷處理服務(wù)。

SJA1000可直接連接兩類(lèi)主要的處理器家族：Intel公司的80C51系列和Motorola公司的68xx系列，其芯片外圍專(zhuān)門(mén)有一個(gè)模式管腳用了選擇CPU的類(lèi)型。SJA1000提供了8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線和讀/寫(xiě)控制信號(hào)與CPU交換數(shù)據(jù)，我們可以將SJA1000看作映射到主微處理器的外圍存取器I/O設(shè)備。

SJA1000通過(guò)2個(gè)8位寄存器來(lái)支持對(duì)報(bào)文的過(guò)濾功能，將應(yīng)用不關(guān)心的報(bào)文拒之門(mén)外將提供處理期的性能，因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用都是通過(guò)中斷的方式交換數(shù)據(jù)，所以正確的使用過(guò)濾功能可以為中斷處理函數(shù)贏得時(shí)間。SJA1000提供一個(gè)接收編碼寄存器（Acceptance Code Register）和一個(gè)接收屏蔽寄存器（Acceptance Mask Register）。接收過(guò)濾模塊將CAN報(bào)文的11位標(biāo)識(shí)符的高8位于這2個(gè)寄存器里存放的值相比較，并作出是否接收的判斷。

CAN總線的應(yīng)用

CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯(cuò)CAN即ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn)，在汽車(chē)領(lǐng)域常使用500Kbps的高速CAN。

某進(jìn)口車(chē)型擁有，車(chē)身、舒適、多媒體等多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，其中車(chē)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(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等車(chē)身安全模塊，并將轉(zhuǎn)速、車(chē)速、油溫等共享至全車(chē)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)智能化控制，如高速時(shí)自動(dòng)鎖閉車(chē)門(mén)，安全氣囊彈出時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟車(chē)門(mén)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(dòng)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。

某醫(yī)院現(xiàn)有5臺(tái)16T/H XXXX燃?xì)忮仩t，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(wàn)m3，耗用20萬(wàn)噸自來(lái)水。醫(yī)院采用接力式方式供熱，對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)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(jì)了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式鍋爐蒸汽熱網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：該樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)容易，網(wǎng)絡(luò)化程度高，人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。