|
|
為了 CAN 研究了不少，看了不少資料，現(xiàn)在我給大家總結(jié)一下
先看看工作原理
當(dāng) CAN 總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文的形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所
有節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其接收。每組報(bào)文
開(kāi)頭的 11 位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式成為面向內(nèi)容
的編制方案。同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符
的報(bào)文，當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。
大體的工作原理我們搞清了，但是根本的協(xié)議我們還要花一番功夫。下面介
紹一個(gè)重要的名詞， “顯性“和”隱性“
在我看到的很多文章里，有很多顯性和隱性的地方，為此我頭痛不已，最終
我把它們徹底弄明白了。
首先 CAN 數(shù)據(jù)總線有兩條導(dǎo)線，一條是黃色的，一條是綠色的。分別是
CAN_High 線和 CAN_Low 線
當(dāng)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這兩條導(dǎo)線上的電平一樣。這個(gè)電平稱為靜電平。大約為 2.5 伏。
這個(gè)靜電平狀態(tài)就是隱形狀態(tài)，也稱隱性電平。也就是沒(méi)有任何干擾的時(shí)候的狀
態(tài)稱為隱性狀態(tài).當(dāng)有信號(hào)修改時(shí)， CAN_High 線上的電壓值變高了，一般來(lái)說(shuō)
會(huì)升高至少 1V，而 CAN_Low 線上的電壓值會(huì)降低一個(gè)同樣值，也是 1v，那么
這時(shí)候。 CAN_High 就 是 2.5v+1v=3.5v,它就處于激活狀態(tài)了。而 CAN_Low 降
為 2.5v-1v=1.5v。
可以看看這個(gè)圖
由此我們得到
在隱性狀態(tài)下， CAN_High 線與 CAN_Low 沒(méi)有電壓差，這樣我們看到?jīng)]有任
何變化也就檢測(cè)不到信號(hào)。但是在顯性狀態(tài)時(shí)，改值最低為 2V，我們就可以利
用這種變化才傳輸數(shù)據(jù)了。所以出現(xiàn)了那些幀， 那些幀中的場(chǎng)，那些場(chǎng)中的位，
云云~~~~~~~~~~~
在總線上通常邏輯 1 表示隱性。而 0 表示顯性。這些 1 啊， 0 啊，就可以利用起
來(lái)為我們傳數(shù)據(jù)了。
利用這種電壓差，我們可以接收信號(hào)。
一般來(lái)說(shuō)，控制單元通過(guò)收發(fā)器連接到 CAN 驅(qū)動(dòng)總線上，這個(gè)收發(fā)器（顧名思
義，可發(fā)送，可接收）內(nèi)有一個(gè)接收器，該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動(dòng)信號(hào)
放大器。然后，這個(gè)放大器很自然地就放大了 CAN_High 和 CAN_Low 線的電平
差，然后傳到接收區(qū)。如下圖
由上圖可知， 當(dāng)有電壓差， 差動(dòng)信號(hào)放大器放大傳輸， 將相應(yīng)的數(shù)據(jù)位任可為 0。
下面我們進(jìn)入重點(diǎn)難點(diǎn)。報(bào)文
所謂報(bào)文，就是 CAN 總線上要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)，為了安全，我們要給我們傳輸?shù)?br />
數(shù)據(jù)報(bào)編碼定一下協(xié)議，這樣才能不容易出錯(cuò)，所以出現(xiàn)了很多的幀，以及仲
裁啊， CRC 效驗(yàn)。這些都是難點(diǎn)。
識(shí)別符的概念。
識(shí)別符顧名思義，就是為了區(qū)分不同報(bào)文的可以鑒別的好多字符位。有標(biāo)準(zhǔn)的，
和擴(kuò)展的。 標(biāo)準(zhǔn)的是 11 位， 擴(kuò)展的是 29 位。 他有一個(gè)功能就是可以提供優(yōu)先級(jí)，
也就是決定哪個(gè)報(bào)文優(yōu)先被傳輸， 報(bào)文標(biāo)識(shí)符的值越小， 報(bào)文具有越高的優(yōu)先權(quán)。
CAN 的報(bào)文格式有兩種，不同之處其實(shí)就是識(shí)別符長(zhǎng)度不同，具有 11 位識(shí)別符
的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而還有 29 位識(shí)別符的幀為擴(kuò)展幀， CAN 報(bào)文有以下 4 個(gè)不同
的幀類型。分別是
（ 1） 數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌?br />
（ 2） 遠(yuǎn)程幀：總線節(jié)點(diǎn)發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀
（ 3） 錯(cuò)誤幀：任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀
| （ 4） | 過(guò)載幀：過(guò)載幀用已在先行的后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一
附加的延時(shí) |
我們先研究數(shù)據(jù)幀吧。
一，數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)不同位場(chǎng)組成。
這里的位場(chǎng)，就是不同位的組合，這名字起的很爛，讓人看了感覺(jué)很抽象。我們
來(lái)看看這些個(gè)不同的位場(chǎng)吧。
一開(kāi)始是一位幀起始，也叫 SOF。它用顯性位表示，也就是 0.它告訴我們，兩個(gè)
線上有電壓差了， 也就是有數(shù)據(jù)了。 這個(gè)幀起始看起來(lái)只有一位， 起始不簡(jiǎn)單了。
為了讓所有的分站都同步于發(fā)送報(bào)文的發(fā)送站，好接收數(shù)據(jù)，有很多要考慮的地
方。
然后下一個(gè)場(chǎng)是仲裁場(chǎng)。 這個(gè)仲裁場(chǎng)是個(gè)難點(diǎn)。但是不要怕，有我在，你會(huì)很明
白地搞定的。
這個(gè)仲裁很抽象，其實(shí)在這里就是為了解決一個(gè)問(wèn)題。 如果 2 個(gè)或 2 個(gè)以上的單
元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。 那么仲裁機(jī)制就是用來(lái)根據(jù)標(biāo)
識(shí)符優(yōu)先級(jí)來(lái)一個(gè)一個(gè)的去掉低級(jí)別的數(shù)據(jù)。 我們可以詳細(xì)的描述這場(chǎng)生動(dòng)的爭(zhēng)
搶總線的戰(zhàn)斗。
當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)呈隱性電平， 此時(shí)任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送顯性電平作
為幀的開(kāi)始。 2 個(gè)或 2 個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送開(kāi)始爭(zhēng)搶總線， 但是總線只能被一個(gè)人搶走。
總線只屬于一個(gè)他。這時(shí)候到底怎么決定誰(shuí)留下，誰(shuí)滾蛋呢。我們開(kāi)始考慮，思索，我們以
前定義了標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符有優(yōu)先級(jí)，它越小，它優(yōu)先級(jí)越高。那么怎么實(shí)現(xiàn)的呢�？聪旅姘�
首先搞明白兩點(diǎn)，一 下面的圖 低波形代表 0，高波形代表 1 二 當(dāng)隱性碰到顯性，就變?yōu)?br />
顯性。
如圖所示，節(jié)點(diǎn) A 和節(jié)點(diǎn) B 的標(biāo)識(shí)符的第 lO、 9、 8 位電平相同，因此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到的
信息和它們發(fā)出的信息相同。 第7位節(jié)點(diǎn)B發(fā)出一個(gè)“1”， 但從節(jié)點(diǎn)上接收到的消息卻是“0”，
為什么呢，因?yàn)?A 節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)出顯性位，讓總線也變成顯性了，也就是 0。節(jié)點(diǎn) B 會(huì)退出
發(fā)送處于單純監(jiān)聽(tīng)方式而不發(fā)送數(shù)據(jù)；節(jié)點(diǎn) A 成功發(fā)送仲裁位從而獲得總線的控制權(quán)，繼
而發(fā)送全部消息。總線中的信號(hào)持續(xù)跟蹤最后獲得總線控制權(quán)發(fā)出的報(bào)文，本例中節(jié)點(diǎn) A
的報(bào)文將被跟蹤。 這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于， 在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被傳送前，
報(bào)文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸了，因此具有高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸沒(méi)有任何延時(shí)。
在獲得總線控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，其他節(jié)點(diǎn)成為報(bào)文的接收節(jié)點(diǎn)，并且不會(huì)在總線
再次空閑之前發(fā)送報(bào)文
在這逐位的比較中，最終節(jié)點(diǎn) B 因?yàn)榈谄呶坏钠顏G掉了總線。從此單純監(jiān)聽(tīng)，
江山就拱手讓給了節(jié)點(diǎn) A 了。 這就是仲裁機(jī)制
這里我們涉及到總線值
總線值
總線有二個(gè)互補(bǔ)的邏輯值： “顯性”或“隱性”。 “顯性”位和“隱性”位同時(shí)傳
送時(shí)，總線的結(jié)果值為“顯性”。比如，在總線的“寫(xiě)與”執(zhí)行時(shí)，邏輯 0 代表“顯
性”等級(jí)，邏輯 1 代表“隱性”等級(jí)。
上面我們說(shuō)過(guò)，報(bào)文有兩種格式，標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展。這里，不同的格式仲裁場(chǎng)是不一
樣的。標(biāo)準(zhǔn)格式下，仲裁場(chǎng)由 11 位識(shí)別符和 RTR 位組成。但在擴(kuò)展格式里，包
括 29 位識(shí)別符， SRR 位， IDE 位， RTR 位。
RTR 位。 Remote Tranmission Request BIT 全稱為 遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位。它在數(shù)據(jù)幀
里必須為顯性 0 ，但在遠(yuǎn)程幀里為隱性 1。我暈，為什么這么搞呢，不急，先留
著這個(gè)問(wèn)題。
SRR 位，替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位， SRR 是一隱性位，也就是 1，它在擴(kuò)展格式的標(biāo)準(zhǔn)幀
RTR 位位置，那么標(biāo)準(zhǔn)幀怪不得優(yōu)先于擴(kuò)展幀了， 因?yàn)樵趥鬏斖?11 位標(biāo)識(shí)符之
后（擴(kuò)展幀的后 18 位在最后發(fā)送，先發(fā)送 11 位標(biāo)識(shí)符），輪到標(biāo)準(zhǔn)幀的 RTR 位
和擴(kuò)展幀的 SRR 位了。這時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)幀的 RTR 為顯性，而擴(kuò)展幀 SRR 為隱性，
這樣，總線自然就被標(biāo)準(zhǔn)幀占據(jù)。同時(shí)上面那個(gè)問(wèn)題，也一目了然了， CAN 總
線協(xié)議設(shè)計(jì)者，肯定是設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀所以
IDE 全稱識(shí)別符擴(kuò)展位(Identifier Extension Bit)，它屬于
擴(kuò)展格式的仲裁場(chǎng)
標(biāo)準(zhǔn)格式的控制場(chǎng)
標(biāo)準(zhǔn)格式的 IDE 位為顯性，擴(kuò)展格式里 IDE 位為隱性。這樣擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀
優(yōu)先級(jí)又落下了一截。
控制場(chǎng)
控制場(chǎng)有 6 位組成。標(biāo)準(zhǔn)的跟擴(kuò)展的又不同。標(biāo)準(zhǔn)的格式里的幀先是 IDE 位
，然后保留位 r0，然后數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（共四位，分別是 DLC3， DLC2， DLC1，
DLC0）而擴(kuò)展格式里， IDE 替換為 r1 保留位，其余不變。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼指示了數(shù)據(jù)場(chǎng)里的字節(jié)數(shù)量。
數(shù)據(jù)場(chǎng)：
數(shù)據(jù)場(chǎng)由發(fā)送數(shù)據(jù)組成，可以為 0~8 個(gè)字節(jié)，從高位開(kāi)始（ MSB）先發(fā)送。
CRC 場(chǎng)
包括 CRC 序列，和 CRC 界定符。
這個(gè) CRC 序列又是一個(gè)難點(diǎn)，具體什么是 CRC 序列呢，
CRC 即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ Cyclic Redundancy Check）：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域
中最常用的一種差錯(cuò)校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長(zhǎng)度可以
任意選定。
生成 CRC 碼的基本原理：任意一個(gè)由二進(jìn)制位串組成的代碼都可以和
一個(gè)系數(shù)僅為‘0’和‘1’取值的多項(xiàng)式一一對(duì)應(yīng)。例如：代碼 1010111 對(duì)
應(yīng)的多項(xiàng)式為 x6+x4+x2+x+1，而多項(xiàng)式為 x5+x3+x2+x+1 對(duì)應(yīng)的代碼
101111。
參考一下下面的例題.自已再領(lǐng)悟一下吧! 已知信息位為 1100， 生成多項(xiàng)式 G(x)
= x3+x+1，求 CRC 碼。 M(x) = 1100 M(x)*x3 = 1100000 G(x) = 1011 M(x)*x3
/ G(x) = 1110 + 010 /1011 R(x) = 010 CRC 碼為： M(x)*x 3+R(x)=1100000+010
=1100010 其原理是：CRC 碼一般在 k 位信息位之后拼接 r 位校驗(yàn)位生成。編碼
步驟如下： （1）將待編碼的 k 位信息表示成多項(xiàng)式 M(x)。 （2）將 M(x)左移
r 位，得到 M(x)*xr 。 （3）用 r+1 位的生成多項(xiàng)式 G(x)去除 M(x)*xr 得到余
數(shù) R(x)。 （4）將 M(x)*xr 與 R(x)作模 2 加，得到 CRC 碼。
應(yīng)答場(chǎng)
應(yīng)答場(chǎng)（ ACK）長(zhǎng)度為 2 個(gè)位，包含應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，在 ACK 場(chǎng)里，發(fā)
送站發(fā)送兩個(gè)隱性位。當(dāng)接收器正確接收到有效地報(bào)文，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙
期間(發(fā)送 ACK 信號(hào))向發(fā)送器發(fā)送一顯性位以示應(yīng)答。
二 遠(yuǎn)程幀
通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，總線的節(jié)點(diǎn)發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求以前發(fā)送給它數(shù)據(jù)幀的節(jié)點(diǎn)再發(fā)
送一遍。具體發(fā)送哪個(gè)數(shù)據(jù)幀，由遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識(shí)符決定。
遠(yuǎn)程幀的 RTR 是隱性的。沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，其余都與數(shù)據(jù)幀相同。
三
錯(cuò)誤幀
錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場(chǎng)組成，第一個(gè)場(chǎng)是不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加，第二個(gè)
場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。
1 錯(cuò)誤標(biāo)志
有兩種形式的錯(cuò)誤標(biāo)志，主動(dòng)地和被動(dòng)的。這就讓人很明白了。也就是說(shuō)主動(dòng)發(fā)
出錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)發(fā)出錯(cuò)誤幀時(shí)，就是主動(dòng)地錯(cuò)誤標(biāo)志，而接收錯(cuò)誤幀的節(jié)點(diǎn)，就發(fā)
出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。
主動(dòng)地錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的顯性位組成。
被動(dòng)的錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的隱形位組成，除非被其他節(jié)點(diǎn)的顯性位重寫(xiě)。
檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的錯(cuò)誤激活的站通過(guò)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志指示錯(cuò)誤。 這個(gè)錯(cuò)誤幀也
可以看做有著跟數(shù)據(jù)幀類似的場(chǎng)結(jié)構(gòu)，錯(cuò)誤標(biāo)志的形式顯然破壞了從幀起始到
CRC 界定符的位填充規(guī)則（檢測(cè)到 5 個(gè)相同的位，就插入一個(gè)補(bǔ)充位，但是錯(cuò)
誤幀卻有 6 個(gè)相同的位，顯然破壞了）�；蛘咂茐牧� ACK 場(chǎng)或幀結(jié)尾場(chǎng)的固定
形式。所有其他的站由此檢測(cè)到錯(cuò)誤條件。并于此同時(shí)發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。并且假如
有很多站都有自己的錯(cuò)誤發(fā)送，它們會(huì)都發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，這種顯性標(biāo)志顯然
被疊加在一起。
(2)錯(cuò)誤界定符
錯(cuò)誤界定符包括8個(gè)“隱性”的位。
錯(cuò)誤標(biāo)志傳送了以后，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就發(fā)送一個(gè)“隱性”的位，并一直監(jiān)視總線直到檢測(cè)
出一個(gè)“隱性”的位為止，然后就開(kāi)始發(fā)送其余7個(gè)“隱性”位。
四 過(guò)載幀
過(guò)載幀包括 2 個(gè)位場(chǎng)：過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符
有三種過(guò)載的情況，這三種情況都會(huì)引起過(guò)載標(biāo)志的發(fā)送
1 接收器的內(nèi)部情況（此接收器對(duì)于下一數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀需要一定的延時(shí)）
這種情況引發(fā)的過(guò)載幀只允許起始于所期望間歇的第一個(gè)位時(shí)間。
2 在間歇的第 1 和第 2 字節(jié)檢測(cè)到一個(gè)顯性位
這里有個(gè)間歇的概念。我們可以講講。間歇屬于幀間空間的一部分。它包含
三個(gè)隱性位。間歇期間，所有的站不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。它唯一要做的就
是標(biāo)示一個(gè)過(guò)載條件。
3 如果 CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符的第 8 位采樣到一個(gè)顯性位，
有了上面的情況，則節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)過(guò)載幀。錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器不會(huì)增加。
對(duì)于情況 2， 3 引發(fā)的過(guò)載幀應(yīng)起始于所檢測(cè)到顯性位之后的位。
通常為了延時(shí)下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，兩種過(guò)載幀均可產(chǎn)生。
過(guò)載標(biāo)志
由 6 個(gè)顯性位組成。過(guò)載標(biāo)志的所有形式和主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志一樣。
過(guò)載標(biāo)志的形式破壞了間歇場(chǎng)的固定形式，因此，所有其他的站都檢測(cè)到過(guò)載
條件并于此同時(shí)發(fā)出過(guò)載標(biāo)志。
過(guò)載界定符 8 個(gè)隱形位
幀間空間
數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）與先行幀的隔離是通過(guò)幀間空間實(shí)現(xiàn)的。無(wú)論此先行幀類
型如何。所不同的是過(guò)載幀與錯(cuò)誤幀之間沒(méi)有幀間空間。多個(gè)過(guò)載幀之間也不是
由幀間空間隔離的。
幀間空間包括間歇，總線空閑的位場(chǎng)。如果錯(cuò)誤被動(dòng)的站已作為前一報(bào)文的發(fā)
送器，則其幀空間除了間歇，總線空閑外，還包括稱作掛起傳送的位場(chǎng)。
（ 1）間歇（ Intermission）
間歇包括3個(gè)“隱性”的位。間歇期間，所有的節(jié)點(diǎn)均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，唯
一要做的是標(biāo)示一個(gè)過(guò)載條件。
如果 CAN 節(jié)點(diǎn)有一報(bào)文等待發(fā)送并且節(jié)點(diǎn)在間歇的第三位采集到一顯性位， 則此位被解
釋為幀的起始位，并從下一位開(kāi)始發(fā)送報(bào)文的標(biāo)識(shí)符首位，而不用首先發(fā)送幀的起始位或成
為一接收器。
（ 2）總線空閑（ Bus Idle）
總線空閑的時(shí)間是任意的。只要總線被認(rèn)定為空閑，任何等待發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)就會(huì)訪問(wèn)
總線。在發(fā)送其他報(bào)文期間，有報(bào)文被掛起，對(duì)于這樣的報(bào)文，其傳送起始于間歇之后的第
一個(gè)位。
|
-
-
CAN總線嘔心瀝血教程.pdf
2018-11-7 10:43 上傳
點(diǎn)擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5
174.5 KB, 下載次數(shù): 53, 下載積分: 黑幣 -5
不錯(cuò)的教程
|
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
