can总线通讯协议

随着汽车电子控制装置的增多,CAN总线作为一种有效的通信网络应运而生。它遵循OSI模型,具有多主工作方式、高可靠性、实时性强和错误检测能力。CAN总线在汽车、嵌入式平台如ARM中广泛应用,简化了系统布线,提高了通信效率。文章介绍了CAN总线的帧格式、通信协议的特点,并展示了基于单片机AT89C52的CAN总线分布式测控系统的设计方案,强调了其在分布式测控系统中的优势和应用前景。

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随着集成电路和嵌入式电脑在汽车上的广泛应用,现代汽车上的电子控制器的数量越来越多,常见的有发动机的电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电动门窗装置、主动悬架等。电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性,增加了维修的难度。从布线角度分析,传统的电子气系统大多采用点对点的单一通信方式,相互之间少有联系,这样必然造成宠大的布线系统。因此,一种新的概念——汽车上电子控制器局域网络CAN,也就应运而生。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车上协调工作,必须制定标准。按照ISO有关标准,CAN的拓扑结构为总线,因此称为CAN总线。CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通信,在车载各电子控制装置ECN之间交 换信息,在车载各电子控制装置ECN之间交换信息,形成汽车电子控制网络。 

控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种多主方式的串行通信总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。CAN在汽车上的应用,具有很多行业标准或者是国际标准,比如国际标准化组织(ISO)的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会(Societyof Automotive Engigeers)的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整车设计中。
CAN总线简介
CAN通信协议规定了4种不同的帧格式,即数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。基于以下几条基本规则进行通信协调:总线访问、仲裁、编码/解码、出错标注和超裁标注。CAN遵从OSI模型。按照OSI基准模型只有三层:物理层、数据链路层和哀告层,但应用层尚需用户自己定义。CAN总线作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络。如:CAN在汽车中的发动机控制部件、ABS、抗滑系统等应用中的位速率可高达1Mbps。同时,它可以廉价地用于交通运载工具电器系统中,例如电气窗口、灯光聚束、座椅调节等,以替代所需要的硬件连接。其传输介制裁为双绞线,通信速率最高可达1Mbps/40m,直接传输距离最远可达10km/5kbps,挂接设备
CANBus数据链路层协议采用对等式(Peer to peer)通信方式,即使主机出现故障,系统其余部分仍可运行(当然性能受一定影响)。当一个站点状态改变时,它可广播发送信息到所有站点。 CANBus的信息传输通过报文进行,报文帧有4种类型:数据帧、远程帧、出错帧和超载帧,其中数据帧格式如图8所示。CANBus帧的数据场较短,小于8B,数据长度在控制场中给出。短帧发送一方面降低了报文出错率,同时也有利于减少其他站点的发送延迟时间。帧发送的确认由发送站与接收站共同完成,发送站发出的ACK场包含两个“空闲”位(recessive bit),接收站在收到正确的CRC场后,立即发送一个“占有”位(dominant bit),给发送站一个确认的回答。CANBus还提供很强的错误处理能力,可区分位错误、填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误等。 CANBus应用一种面向位型的损伤仲裁方法来解决媒体多路访问带来的冲突问题。其仲裁过程是:当总线空闲时,线路表现为“闲置”电平(recessive level),此时任何站均可发送报文。发送站发出的帧起始字段产生一个“占有”电平(dominant level),标志发送开始。所有站以首先开始发送站的帧起始前沿来同步。若有多个站同时发送,那么在发送的仲裁场进行逐位比较。仲裁场包含标识符ID(标准为llbit),对应其优先级。每个站在发送仲裁场时,将发送位与线路电平比较,若相同则发送;若不同则得知优先级低而退出仲裁, 不再发送。系统响应时间与站点数无关,只取决于安排的优先权。可以看出,这种媒体访问控制方式不像Ethetnet的CSMA/CDCA协议那样会造成数据与信道带宽受损。
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