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淺談CAN總線數據鏈路層

時間：2018-05-11 19:50:44

關鍵字：控制器電源技術解析通信

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[導讀]在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減等多種原因，數據傳輸過程中常常出現差錯，而物理層只負責透明地傳輸結構的原始比特流，不可能進行任何差錯控制。因此，當需要在一條

在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減等多種原因，數據傳輸過程中常常出現差錯，而物理層只負責透明地傳輸結構的原始比特流，不可能進行任何差錯控制。因此，當需要在一條線路上傳送數據時，除了必須有一條物理線路(鏈路)外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數據的傳輸。把實現這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路層(Data Link Layer)。

什么是 CAN 總線

CAN 是“Controller Area Network”的縮寫，即“控制器局域網”，是一個 ISO 標準的串行通信協議。CAN 總線由德國 BOSCH 公司研發(fā)設計，用于應對汽車上日益龐大的電子控制系統的需求，其最大的特點是可拓展性好，可承受大量數據的高速通信，并且高度穩(wěn)定可到。ISO 組織通過 ISO11898 和 ISO11519 對 CAN 總線進行了標準化，使其早早確立了歐洲汽車總線標準的地位。時至今日，CAN 總線已經獲得業(yè)界的高度認可，其應用也從汽車電子領域延伸至工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等領域。

CAN 總線網絡拓撲結構

CAN 總線的物理連接只需要兩根線，常稱為 CAN_H 和 CAN_L，通過差分信號進行數據的傳輸。CAN 總線有兩種電平，分別為隱性電平和顯性電平，這兩種電平有著類似漏極 I/O 電平信號之間“與”的關系：

若隱性電平相遇，則總線表現為隱性電平;

若顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平;

若隱性電平和顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平。

一個典型的 CAN 總線網絡拓撲結構如圖1所示，注意兩端的終端電阻是必需的。

CAN總線數據鏈路層包括

1、通信機制

2、數據幀

3、錯誤檢測

4、幀格式

5、位定時與同步

CAN總線幀格式

數據就是通過這種格式按位發(fā)送出去?？偩€上總共有以下5種不同類型的幀。

CAN 總線協議規(guī)定了5種幀，分別是數據幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀以及幀間隔，實踐中數據幀的應用最為頻繁。各種幀的用途如表1所示。

數據幀用來節(jié)點之間收發(fā)數據，是使用最多的幀類型;遠程幀用來接收節(jié)點向發(fā)送節(jié)點接收數據;錯誤幀是某節(jié)點發(fā)現幀錯誤時用來向其他節(jié)點通知的幀;過載幀是接收節(jié)點用來向發(fā)送節(jié)點告知自身接收能力的幀;用于將數據幀、遠程幀與前面幀隔離的幀。

數據幀根據仲裁段長度不同分為標準幀(2.0A)和擴展幀(2.0B)。

幀起始由一個顯性位(低電平)組成，發(fā)送節(jié)點發(fā)送幀起始，其他節(jié)點同步于幀起始;

幀結束由7個隱形位(高電平)組成。

仲裁段

CAN總線是如何解決多點競爭的問題?

由仲裁段給出答案。

CAN總線控制器在發(fā)送數據的同時監(jiān)控總線電平，如果電平不同，則停止發(fā)送并做其他處理。如果該位位于仲裁段，則退出總線競爭;如果位于其他段，則產生錯誤事件。

幀ID越小，優(yōu)先級越高。由于數據幀的RTR位為顯性電平，遠程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數據幀優(yōu)先于遠程幀;由于標準幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱形電平，對于前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優(yōu)先級比擴展幀高。

控制段

數據段

為0-8字節(jié)，短幀結構，實時性好，適合汽車和工控領域;

共6位，標準幀的控制段由擴展幀標志位IDE、保留位r0和數據長度代碼DLC組成;擴展幀控制段則由IDE、r1、r0和DLC組成。