CAN总线结构与帧格式实用教案.ppt

CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统结构第1页/共30页第一页，共31页CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统结构第2页/共30页第二页，共31页CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统结构第3页/共30页第三页，共31页CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统结构第4页/共30页第四页，共31页CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统结构第5页/共30页第五页，共31页p当当CAN总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以报发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点对每个节点来说，无文形式广播给网络中所有节点对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收论数据是否是发给自己的，都对其进行接收 p发动机电脑向某电脑发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器号并发给本电脑的控制器pCAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查据，但是要检查(jiǎnchá)判断此数据是否是所需要判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。

的数据，如果不是将忽略掉 CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的传输第6页/共30页第六页，共31页CAN总线系统(xìtǒng)数据的传输第7页/共30页第七页，共31页pCAN为多主方式工作，网络上的任一节点在任何为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息pCAN采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码每帧数据信息为０而是对通讯数据进行编码每帧数据信息为０∽∽８个字节，具体长度由用户决定８个字节，具体长度由用户决定p当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据节点可不受影响地继续传输数据pCAN的每帧信息都有的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，校验及其他检错措施，在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能(gōngnéng)，发送期间若丢失仲裁或由于出错而，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新发送。

遭受破坏的帧可自动重新发送 CAN总线系统(xìtǒng)数据的传输第8页/共30页第八页，共31页p当当CAN总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以报发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点对每个节点来说，无文形式广播给网络中所有节点对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收论数据是否是发给自己的，都对其进行接收 p发动机电脑向某电脑发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器号并发给本电脑的控制器pCAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断据，但是要检查判断(pànduàn)此数据是否是所需要此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉的数据，如果不是将忽略掉 CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的传输第9页/共30页第九页，共31页p报文报文―报文就是在总线上所传送的信息，该信息以报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。

不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文p帧传送帧传送―在总线上传输的报文以帧结构进行传输在总线上传输的报文以帧结构进行传输报文传送由４种不同类型的帧来表示和控制：数据报文传送由４种不同类型的帧来表示和控制：数据(shùjù)帧、远程帧、出错帧和超载帧帧、远程帧、出错帧和超载帧p仲裁仲裁―仲裁用于处理总线访问冲突方法是依据其仲裁用于处理总线访问冲突方法是依据其报文优先权，而优先权由报文标识符与报文优先权，而优先权由报文标识符与RTR位来唯位来唯一确定p标识符标识符―一个报文的内容由其标识符一个报文的内容由其标识符ID命名，命名，ID并并不指出报文的目的，但描述了数据不指出报文的目的，但描述了数据(shùjù)的含义，的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据该数据(shùjù)是否使它们激活是否使它们激活CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据传输的基本概念第10页/共30页第十页，共31页p技术规范技术规范―CAN技术规范（技术规范（Version2.0）包括）包括2.0A和和2.0B。

2.0A的报文标识符为的报文标识符为11位，位，2.0B有标准和扩展两有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符种报文格式，前者的标识符19位，后者位，后者29位p远程数据请求远程数据请求―通过发送一个远程帧，需要数据的节点通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名和对应的远程帧以相同的标识符命名p显性隐性显性隐性―CAN总线数值为两种互补的逻辑数值：总线数值为两种互补的逻辑数值：“显显性性”和和“隐性隐性”其中显性表示其中显性表示(biǎoshì)逻辑逻辑“0”，而隐性表示，而隐性表示(biǎoshì)逻辑逻辑“1”p当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据传输的基本概念第11页/共30页第十一页，共31页p报文传送主要有四种类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及报文传送主要有四种类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧p数据帧：由７个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁场、控数据帧：由７个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁场、控制场、数据场、制场、数据场、CRC场、应答场以及帧结束。

在具体编程中只场、应答场以及帧结束在具体编程中只要正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度要正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度(chángdù)码、数码、数据场即可据场即可p帧起始帧起始―标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位p仲裁场仲裁场―仲裁场由报文标识符和远程发送请求位（仲裁场由报文标识符和远程发送请求位（RTR位）组位）组成RTR位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性包括报文位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性包括报文标识符标识符11位（位（CAN2.0A标准），这标准），这12位共同组成报文优先权位共同组成报文优先权信息数据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优先权要高数据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优先权要高p控制场控制场―由由6位组成，包括２位作为控制总线发送电平的备用位组成，包括２位作为控制总线发送电平的备用位（留作位（留作CAN通信协议扩展功能用）与通信协议扩展功能用）与4位数据长度位数据长度(chángdù)码其中数据长度码其中数据长度(chángdù)码码(DLC0-DLC3)指出指出了数据场中的字节数目了数据场中的字节数目0～～8其保留位必须发送为显性其保留位必须发送为显性 。

CAN总线系统(xìtǒng)数据的格式第12页/共30页第十二页，共31页CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第13页/共30页第十三页，共31页p数据场数据场―存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接收的数存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接收的数据按字节存储的数据可由微控制器发送到网络中，也可由其它节点接收按字节存储的数据可由微控制器发送到网络中，也可由其它节点接收其中第一个字节的最高位首先被发送或接收中第一个字节的最高位首先被发送或接收pCRC场场―又名循环冗余码校验场，包括又名循环冗余码校验场，包括CRC序列序列(xùliè)（（15位）和位）和CRC界界定符（定符（1个隐性位）个隐性位）CRC场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程中场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程中的错误并自动纠正错误这一步由控制器自身来完成的错误并自动纠正错误这一步由控制器自身来完成p应答场应答场―包括应答间隙和应答界定符两位在包括应答间隙和应答界定符两位在ACK场（应答场）里，发送节点场（应答场）里，发送节点发送两个发送两个“隐性隐性”位当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答位。

当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（间隙（ACK Slot）期间向发送器发送一）期间向发送器发送一“显性显性”位以示应答位以示应答p帧结束帧结束―每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列(xùliè)，它由７个隐性，它由７个隐性位组成 CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第14页/共30页第十四页，共31页p远程帧：用来申请数据当一个节点需要接收数据时，可远程帧：用来申请数据当一个节点需要接收数据时，可以发送一个远程帧，通过标识符与置以发送一个远程帧，通过标识符与置RTR为高来寻址数据为高来寻址数据源，网络源，网络(wǎngluò)上具有与该远程帧相同标识符的节点上具有与该远程帧相同标识符的节点则发送相应的数据帧则发送相应的数据帧p远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和场、应答场和帧结束组成这几个部分与数据帧中的相同，只是其帧结束组成这几个部分与数据帧中的相同，只是其RTR位为低而已位为低而已p远程帧的数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中远程帧的数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中DLC的数值。

的数值 CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第15页/共30页第十五页，共31页pCAN总线的报错是通过发送错误总线的报错是通过发送错误(cuòwù)帧完成的在介绍帧完成的在介绍错误错误(cuòwù)帧前，先介绍一下主动错误帧前，先介绍一下主动错误(cuòwù)节点节点(Error Active)和被动错误和被动错误(cuòwù)节点节点(Error Passive)每一个节点都有两个计数器，分别用来计算接收数据错误每一个节点都有两个计数器，分别用来计算接收数据错误(cuòwù)数（数（REC）和发送数据错误）和发送数据错误(cuòwù)数（数（TEC），），计数器如何进行增减在计数器如何进行增减在CAN协议里有详细的规定协议里有详细的规定p当一个节点的当一个节点的TEC和和REC都小于都小于128时，该节点为主动错误时，该节点为主动错误(cuòwù)节点；当一个节点的节点；当一个节点的TEC或者或者REC大于等于大于等于128时，时，该节点为被动错误该节点为被动错误(cuòwù)节点；当计数器的值变化时，主节点；当计数器的值变化时，主动错误动错误(cuòwù)节点和被动节点会相互转化。

当一个节点的节点和被动节点会相互转化当一个节点的TEC大于等于大于等于256时，该节点进入时，该节点进入BUS OFF状态，它将不能状态，它将不能再与其他节点通信再与其他节点通信 p错误错误(cuòwù)帧：由两个不同场组成，一个是错误帧：由两个不同场组成，一个是错误(cuòwù)叠加标志，另一个是出错界定符叠加标志，另一个是出错界定符 p主动错误主动错误(cuòwù)标志（标志（6个显性位）和被动错误个显性位）和被动错误(cuòwù)标标志（志（6个隐性位）个隐性位）CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第16页/共30页第十六页，共31页p超载帧：由超载标识和超载界定符组成超载帧：由超载标识和超载界定符组成p在在CAN中，存在两个中，存在两个(liǎnɡ ɡè)条件导致发送超载帧一个是接条件导致发送超载帧一个是接收器未准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位收器未准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位 CAN总线系统(xìtǒng)数据的格式第17页/共30页第十七页，共31页p帧间空间帧间空间(kōngjiān)：数据帧（或远程帧）与先行帧的隔：数据帧（或远程帧）与先行帧的隔离是通过帧间空间离是通过帧间空间(kōngjiān)实现的，无论此先行帧类型实现的，无论此先行帧类型如何（数据帧、远程帧、错误帧、过载帧）。

如何（数据帧、远程帧、错误帧、过载帧）p所不同的是，过载帧与错误帧之前没有帧间空间所不同的是，过载帧与错误帧之前没有帧间空间(kōngjiān)，多个过载帧之间也不是由帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间(kōngjiān)隔离的CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第18页/共30页第十八页，共31页最大安全传输速率：最大安全传输速率：1 Mbps= 1 Megabit per sec. = 1 000 000 bits per sec.ISO标准：高速标准：高速/低速分界点低速分界点 125000bps一个完整的信息传递平均周期：大约一个完整的信息传递平均周期：大约1ms（根据信息长度）（根据信息长度）控制单元数量：出于可靠性原因控制单元数量：出于可靠性原因(yuányīn)，最多允许接入，最多允许接入32个控制单元个控制单元CAN bus 总线最大允许长度：总线最大允许长度：40 mCAN程序版本：程序版本： Bosch CAN 2.0bps = bits per second 单位：位（比特）单位：位（比特）/秒秒 8 bits = 1 byte 8位位=1字节字节 1 Mbps = 1 000 kbps = 1 000 000 bps技术数据(shùjù)说明：第19页/共30页第十九页，共31页。

CAN总线系统数据(shùjù)的格式第20页/共30页第二十页，共31页CAN总线系统数据(shùjù)的格式第21页/共30页第二十一页，共31页信息通过信息通过Bit字节字节(zì jié)进行传送进行传送下表说明，信息量如何随着添加Bit 而增加越多字节进行组合, 可以传递越多的信息每增加一个(yī ɡè)字节都可使携带的信息将增加一倍CAN总线(zǒnɡ xiàn)系统数据的格式第22页/共30页第二十二页，共31页负逻辑负逻辑(luó jí)在在CAN-总线总线(zǒnɡ xiàn)规范中确定了负逻辑规范中确定了负逻辑优势信号Ø开关闭合Ø 灯不亮劣势信号Ø 开关打开Ø 灯亮状态值状态值Ø收发器 闭合Ø 数据线路电压约2 V 至 3 V Komfort 舒适总线约1,5 至 3,5 V Antrieb 驱动总线状态值状态值Ø 收发器 打开Ø 数据线路电压0 V 至 5 V Komfort 舒适总线约2,5 V Antrieb 驱动总线CAN总线系统(xìtǒng)数据的格式第23页/共30页第二十三页，共31页0－优势－优势(yōushì)在CAN-数据总线系统中通常连接数个控制单元。

只有当所有的控制单元发送“1”-Bit，在总线上的信息逻辑上是“1”如果至少(zhìshǎo)有一个控制单元发送了“0”-Bit, 那么在总线线路上的信号逻辑上就是“0” 一个控制单元的“0”－信息可覆盖其它控制单元上的“1”－信息 “0”-Bit 占优势“1”-Bit 劣势CAN总线系统数据(shùjù)的格式第24页/共30页第二十四页，共31页CAN数据总线优先权分配(fēnpèi)如果多个控制单元要同时发送(fā sònɡ)其数据包, 必须决定，谁最先发送(fā sònɡ) 具有最高优先权的数据包将最先被发送(fā sònɡ)所有三个控制单元同时开始(kāishǐ)发送数据包同时他们与数据总线－线路上的字节一个一个的进行比较如果一个控制单元发送一个低位的字节并认出一个高位的字节, 将停止发送并开始(kāishǐ)接收ABS/EDS 控制单元信息发动机控制单元信息自动变速器控制单元信息数据总线－线路低位高位发动机控制单元失败自动变速器控制单元失败第25页/共30页第二十五页，共31页CAN总线上是差分信号，一个差分信号是用一个数值(shùzí)来表示两个物理量之间的差异 CAN总线信号(xìnhào)电压正常情况下CAN—H标准电压(diànyā)：隐性为2.6V左右；显性为3.8V左右CAN—L标准电压(diànyā)：隐性为2.4V左右；显性为:1.2V左右0—显性—CANH对地3.5V，CANL 1.5V 1—隐性—CANH对地2.5V，CANL 2.5V 第26页/共30页第二十六页，共31页。

CAN HighCAN LowDifferencedominant state3.8 V1.1 V2.7 V = 0recessive state2.6 V2.4 V0.2 V = 1差值> 2.3 V = result bit value 0= dominant差值 < 2.3 V = result bit value 1= recessiveCAN High dominant 0CAN Low dominant 0CAN Low recessive 1CAN High recessive 1动力总线 CAN 信号(xìnhào)分析 第27页/共30页第二十七页，共31页运行时产生(chǎnshēng)电磁波的部件是车辆中的干扰源为阻止对数据线路的干扰(gānrǎo)影响，两个数据总线－线路相互捻合在两个线路上电压的变化大小一样，然而方向相反因此两个向外反射的线路的电压总和，总是恒定的两个电压的差值(= 逻辑内容) 与外界影响电压无关, 总是一样大小 低位高位CAN总线(zǒnɡ xiàn)抗干扰能力第28页/共30页第二十八页，共31页与其他数据传输方式相比，CAN数据总线有如下优点： 数据传输时的高安全性及可靠性有利于降低成本 数据传输速度较快（ max. 1Mbps ），而且(ér qiě)信息交换实时进行 能以单线模式工作（出于安全因素，正常情况下双线同时工作） 国际标准化的数据传输协议利于实现在各车型上的统一ISO11898 CAN Bus 数据总线优点(yōudiǎn) 第29页/共30页第二十九页，共31页。

感谢您的观赏(guānshǎng)！第30页/共30页第三十页，共31页内容(nèiróng)总结CAN总线系统结构帧传送―在总线上传输(chuán shū)的报文以帧结构进行传输(chuán shū)技术规范―CAN技术规范（Version2.0）包括2.0A和2.0B应答场―包括应答间隙和应答界定符两位当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（ACK Slot）期间向发送器发送一“显性”位以示应答超载帧：由超载标识和超载界定符组成为阻止对数据线路的干扰影响，两个数据总线－线路相互捻合感谢您的观赏第三十一页，共31页。