(3.16)--can入门教程建筑电气与智能化专业实训.pdf

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4、nics or others.3.You should not alter,modify,copy,or otherwise misappropriate any Renesas Electronics product,whether in whole or in part.4.Descriptions of circuits,software and other related information in this document are provided only to illustrate the operation of semiconductor products and app

5、lication examples.You are fully responsible for the incorporation of these circuits,software,and information in the design of your equipment.Renesas Electronics assumes no responsibility for any losses incurred by you or third parties arising from the use of these circuits,software,or information.5.

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9、y damages incurred by you resulting from errors in or omissions from the information included herein.7.Renesas Electronics products are classified according to the following three quality grades:“Standard”,“High Quality”,and“Specific”.The recommended applications for each Renesas Electronics product

10、 depends on the products quality grade,as indicated below.You must check the quality grade of each Renesas Electronics product before using it in a particular application.You may not use any Renesas Electronics product for any application categorized as“Specific”without the prior written consent of

11、Renesas Electronics.Further,you may not use any Renesas Electronics product for any application for which it is not intended without the prior written consent of Renesas Electronics.Renesas Electronics shall not be in any way liable for any damages or losses incurred by you or third parties arising

12、from the use of any Renesas Electronics product for an application categorized as“Specific”or for which the product is not intended where you have failed to obtain the prior written consent of Renesas Electronics.The quality grade of each Renesas Electronics product is“Standard”unless otherwise expr

13、essly specified in a Renesas Electronics data sheets or data books,etc.“Standard”:Computers;office equipment;communications equipment;test and measurement equipment;audio and visual equipment;home electronic appliances;machine tools;personal electronic equipment;and industrial robots.“High Quality”:

14、Transportation equipment(automobiles,trains,ships,etc.);traffic control systems;anti-disaster systems;anti-crime systems;safety equipment;and medical equipment not specifically designed for life support.“Specific”:Aircraft;aerospace equipment;submersible repeaters;nuclear reactor control systems;med

15、ical equipment or systems for life support(e.g.artificial life support devices or systems),surgical implantations,or healthcare intervention(e.g.excision,etc.),and any other applications or purposes that pose a direct threat to human life.8.You should use the Renesas Electronics products described i

16、n this document within the range specified by Renesas Electronics,especially with respect to the maximum rating,operating supply voltage range,movement power voltage range,heat radiation characteristics,installation and other product characteristics.Renesas Electronics shall have no liability for ma

17、lfunctions or damages arising out of the use of Renesas Electronics products beyond such specified ranges.9.Although Renesas Electronics endeavors to improve the quality and reliability of its products,semiconductor products have specific characteristics such as the occurrence of failure at a certai

18、n rate and malfunctions under certain use conditions.Further,Renesas Electronics products are not subject to radiation resistance design.Please be sure to implement safety measures to guard them against the possibility of physical injury,and injury or damage caused by fire in the event of the failur

19、e of a Renesas Electronics product,such as safety design for hardware and software including but not limited to redundancy,fire control and malfunction prevention,appropriate treatment for aging degradation or any other appropriate measures.Because the evaluation of microcomputer software alone is v

20、ery difficult,please evaluate the safety of the final products or system manufactured by you.10.Please contact a Renesas Electronics sales office for details as to environmental matters such as the environmental compatibility of each Renesas Electronics product.Please use Renesas Electronics product

21、s in compliance with all applicable laws and regulations that regulate the inclusion or use of controlled substances,including without limitation,the EU RoHS Directive.Renesas Electronics assumes no liability for damages or losses occurring as a result of your noncompliance with applicable laws and

22、regulations.11.This document may not be reproduced or duplicated,in any form,in whole or in part,without prior written consent of Renesas Electronics.12.Please contact a Renesas Electronics sales office if you have any questions regarding the information contained in this document or Renesas Electro

23、nics products,or if you have any other inquiries.(Note 1)“Renesas Electronics”as used in this document means Renesas Electronics Corporation and also includes its majority-owned subsidiaries.(Note 2)“Renesas Electronics product(s)”means any product developed or manufactured by or for Renesas ECAN入门书

24、Guide封Rev.1.00RCJ05B0027-01002006.02应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 1 of 48 CAN 入门书 1.概要 本资料是面向 CAN 总线初学者的 CAN 入门书。对 CAN 是什么、CAN 的特征、标准规格下的位置分布等、CAN 的概要及 CAN 的协议进行了说明。2.使用注意事项 本资料对博世（BOSCH）公司所提出的 CAN 概要及协议进行了归纳，可作为实际应用中的参考资料。对于具有 CAN 功能的产品不承担任何责任。目录 1.概要.1 2.使用注意事项.1 3.CAN 是什么？.2 3.1 CAN

25、的应用示例.3 3.2 总线拓扑图.4 4.CAN 的特点.5 5.错误.6 5.1 错误状态的种类.6 5.2 错误计数值.8 6.CAN 协议的基本概念.9 7.CAN 协议及标准规格.12 7.1 ISO 标准化的 CAN 协议.12 7.2 ISO11898 和 ISO11519-2 的不同点.13 7.3 CAN 和标准规格.17 8.CAN 协议.18 8.1 帧的种类.18 8.2 数据帧.21 8.3 遥控帧.28 8.4 错误帧.30 8.5 过载帧.31 8.6 帧间隔.32 8.7 优先级的决定.33 8.8 位填充.36 8.9 错误的种类.37 8.10 错误帧的输出

26、.39 8.11 位时序.40 8.12 取得同步的方法.42 8.13 硬件同步.43 8.14 再同步.44 8.15 调整同步的规则.45 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 2 of 48 3.CAN 是什么？CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO*1国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量

27、也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN 通信协议。此后，CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。图 1 是车载网络的构想示意图。CAN 等通信协议的开发，使多种 LAN 通过网关进行数据交换得以实现。CAN125 kbpsCAN125kbpsCAN500kbps马达马达空调子网LIN 2.4 19.2kbps仪表板仪表板遥控门锁遥

28、控门锁车身部信息部MOST1394引爆管传感器安全部子网Safe-by-Wire(150kbps)车门车门制动子网FlexRay*2(5Mbps)胎压故障诊断部CAN（规格）诊断工具网关开关开关转向发动机 传动部自动变速箱CAN500kbps前大灯 窗电动 组合灯自适应前灯自适应前灯音视频MD/CD碟盒底盘部白线检测雷达ITS部发动机交通信息导航马达电子防盗系统气囊控制乘客检测自适应巡航 图 1.车载网络构想【注】*1 ISO:International Organization for Standardization(国际标准化组织)*2 FlexRayTM为戴姆勒克莱斯勒公司注册商标。应用

29、手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 3 of 48 3.1 CAN 的应用示例 图 2 为 CAN 的应用示例 Climate ControlClusterEngineSeatDoorRoof?Motor control?Center unit?Cluster control?Wiper control?Winker control?Car audio?Light control?Column switch?Automobile phone?Sensor?Motor control?Passenger detection?Switch contro

30、l?Side mirror?Door lock?Power window?Door switch?Rain sensor?Sunroof:CAN bus:500kbps:CAN bus:125kbps:LIN bus:19.2kbps/9.6kbps:CAN unit/LIN master units:CAN unit/LIN master units:LIN slave unit 图 2.CAN 的应用示例 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 4 of 48 3.2 总线拓扑图 CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显

31、性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。图 3 是 CAN 的连接示意图 收发器收发器 收发器收发器 CAN H CAN L RxD TxD RxD TxD CAN H CAN L ABS SAS CAN Controller CPU ETM ECM DDM PDM RxD TxD CAN125kbpsCAN 500kbps 图 3.CAN 连接图 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 5 of 48 4.CAN 的特点 CAN 协议具有以下特点。(1)多主控制 在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（

32、多主控制）。最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA 方式*1）。多个单元同时开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权。(2)消息的发送 在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。(3)

33、系统的柔软性 与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。(4)通信速度 根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。(5)远程数据请求 可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。(6)错误检测功能错误通知功能错误恢复功能 所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）。检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）。正在发送消息的单元一旦检测出错误，会

34、强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。(7)故障封闭 CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。(8)连接 CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。【注】*1 CSMA/CA:Carrier Sense Multipl

35、e Access/Collision Avoidance 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 6 of 48 5.错误 5.1 错误状态的种类 单元始终处于 3 种状态之一。(1)主动错误状态 主动错误状态是可以正常参加总线通信的状态。处于主动错误状态的单元检测出错误时，输出主动错误标志。(2)被动错误状态 被动错误状态是易引起错误的状态。处于被动错误状态的单元虽能参加总线通信，但为不妨碍其它单元通信，接收时不能积极地发送错误通知。处于被动错误状态的单元即使检测出错误，而其它处于主动错误状态的单元如果没发现错误，整个总线也被认为是没有错误的。处

36、于被动错误状态的单元检测出错误时，输出被动错误标志。另外，处于被动错误状态的单元在发送结束后不能马上再次开始发送。在开始下次发送前，在间隔帧期间内必须插入“延迟传送”(8 个位的隐性位)。(3)总线关闭态 总线关闭态是不能参加总线上通信的状态。信息的接收和发送均被禁止。这些状态依靠发送错误计数和接收错误计数来管理，根据计数值决定进入何种状态。错误状态和计数值的关系如表 1 及图 4 所示。表 1.错误状态和计数值 单元错误状态 发送错误计数值（TEC）接收错误计数值（REC）主动错误状态 0127 且 0127 被动错误状态 128255 或 128255 总线关闭态 256 应用手册 RCJ

37、05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 7 of 48 初始状态主动错误状态 总线关闭态被动错误状态在总线上检测到128次连续的11个位的隐性位TEC127且REC127TEC127或REC127TEC:发送错误计数值REC:接收错误计数值TEC255 图 4.单元的错误状态 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 8 of 48 5.2 错误计数值 发送错误计数值和接收错误计数值根据一定的条件发生变化。错误计数值的变动条件如表 2 所示。一次数据的接收和发送可能同时满足多个条件。错误计数器在错误标志的第一个位出现的时

38、间点上开始计数。表 2.错误计数值的变动条件 接受和发送错误计数值的变动条件 发送错误计数值(TEC)接收错误计数值(REC)1 接收单元检测出错误时。例外：接收单元在发送错误标志或过载标志中检测出“位错误”时，接收错误计数值不增加。+1 2 接收单元在发送完错误标志后检测到的第一个位为显性电平时。+8 3 发送单元在输出错误标志时。+8 4 发送单元在发送主动错误标志或过载标志时，检测出位错误。+8 5 接收单元在发送主动错误标志或过载标志时，检测出位错误。+8 6 各单元从主动错误标志、过载标志的最开始检测出连续 14个位的显性位时。之后，每检测出连续的 8 个位的显性位时。发送时+8 接

39、收时+8 7 检测出在被动错误标志后追加的连续 8 个位的显性位时。发送时+8 接收时+8 8 发送单元正常发送数据结束时（返回 ACK 且到帧结束也未检测出错误时）。1 TEC=0 时0 9 接收单元正常接收数据结束时（到 CRC 未检测出错误且正常返回 ACK 时）。1REC127 时-1 REC=0 时0 REC127 时 设 REC=127 10 处于总线关闭态的单元，检测到 128 次连续 11 个位的隐性位。TEC=0 REC=0 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 9 of 48 6.CAN 协议的基本概念 CAN 协议如表 3

40、所示涵盖了 ISO 规定的 OSI*1基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层。CAN 协议中关于 ISO/OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体有哪些定义如图 5 所示。表 3.ISO/OSI 基本参照模型 ISO/OSI 基本参照模型 各层定义的主要项目 7 层：应用层层：应用层 由实际应用程序提供可利用的服务。6 层：表示层层：表示层 进行数据表现形式的转换。如：文字设定、数据压缩、加密等的控制 5 层：会话层层：会话层 为建立会话式的通信，控制数据正确地接收和发送。4 层：传输层层：传输层 控制数据传输的顺序、传送错误的恢复等，保证通信的品质。如：错误修正、再传输控

41、制。软件控制 3 层：网络层层：网络层 进行数据传送的路由选择或中继。如：单元间的数据交换、地址管理。2 层：数据链路层层：数据链路层 将物理层收到的信号（位序列）组成有意义的数据，提供传输错误控制等数据传输控制流程。如：访问的方法、数据的形式。通信方式、连接控制方式、同步方式、检错方式。应答方式、通信方式、包（帧）的构成。位的调制方式（包括位时序条件）。硬件控制 1 层：物理层层：物理层 规定了通信时使用的电缆、连接器等的媒体、电气信号规格等，以实现设备间的信号传送。如：信号电平、收发器、电缆、连接器等的形态。【注】*1 OSI：Open Systems Interconnection（开放

42、式系统间互联）CAN 入门书 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 10 of 48 OSI基本参照模型7.应用层6.表示层5.会话层4.传输层2.数据链路层1.物理层3.网络层LLC*1MAC*2在各层中CAN定义事项层4层2层(LLC)2层(MAC)1层定义事项功能再发送控制接收消息的选择（可接收消息的过滤）过载通知错误恢复功能消息的帧化连接控制方式数据冲突时的仲裁故障扩散抑制功能错误通知错误检测应答方式通信方式位编码方式位时序同步方式永久再尝试可点到点连接、广播、组播。通知接收准备尚未完成再次发送有数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧4种帧类型。竞争方式（

43、支持多点传送）根据仲裁，优先级高的ID可继续被发送自动判别暂时错误和持续错误，排除故障节点。CRC错误、填充位错误、位错误、ACK错误、格式错误。所有单元都可随时检测错误ACK、NACK两种半双工通信NRZ方式编码，6个位的插入填充位。位时序、位的采样数（用户选择）根据同步段(SS)实现同步（并具有再同步功能）图 5.ISO/OSI 基本参照模型和 CAN 协议【注】*1 LLC:Logical Link Control（逻辑链路控制)*2 MAC:Medium Access Control（媒介访问控制）应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 1

44、1 of 48 数据链路层分为 MAC 子层和 LLC 子层，MAC 子层是 CAN 协议的核心部分。数据链路层的功能是将物理层收到的信号组织成有意义的消息，并提供传送错误控制等传输控制的流程。具体地说，就是消息的帧化、仲裁、应答、错误的检测或报告。数据链路层的功能通常在 CAN 控制器的硬件中执行。在物理层定义了信号实际的发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。但具体地说，信号电平、通信速度、采样点、驱动器和总线的电气特性、连接器的形态等均未定义*1。这些必须由用户根据系统需求自行确定。【注】*1 驱动器及总线的电气特性等在博世公司的 CAN 规格书中没有定义。但在 CAN 的 ISO

45、标准 （ISO11898、ISO11519-2 等）中分别定义了总线及驱动器的电气特性等。应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 12 of 48 7.CAN 协议及标准规格 7.1 ISO 标准化的 CAN 协议 CAN 协议经 ISO 标准化后有 ISO11898 标准和 ISO11519-2 标准两种。ISO11898 和 ISO11519-2 标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。(1)关于 ISO11898 ISO11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信标准。目前，ISO11898 追加新规约后，成

46、为 ISO11898-1 新标准。(2)关于 ISO11519 ISO11519 是通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准。ISO11519-2 是 ISO11519-1 追加新规约后的版本。图 6 表示 CAN 协议和 ISO11898 及 ISO11519-2 标准的范围。表示层会话层传输层 网络层 CAN 协议定义的部分CAN 协议中ISO11898/11519-2定义标准化的部分 ISO 未对此部分进行标准化。CAN的再发送控制功能未在 ISO11898/11519-2中标准化。链路层及物理层的一部分在ISO中进行了标准化。应用层对于数据链路层，ISO11898和IS

47、O11592-2定义的内容相同。对于物理层，ISO11898和ISO11519-2定义的内容不同。物理层ISO11898/ISO11519-2不同ISO11898/ISO11519-2相同数据链路层数据 图 6.ISO 标准化的 CAN 协议 应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 13 of 48 7.2 ISO11898 和 ISO11519-2 的不同点(1)物理层的不同点 如图 6 所示，ISO11898 和 ISO11519-2 在 CAN 协议中物理层的标准有所不同。CAN 协议的物理层如图 7 所示，定义了三个子层，ISO11898

48、和 ISO11519-2 在物理层中的 PMA 层和 MDI 层有所不同。应用层会话层传输层网络层数据链路层CAN 协议定义的部分CAN 协议中 ISO11898/11519-2标准化的部分ISO 未对此部分标准化CAN 的再发送控制功能未在ISO11898/11519-2中标准化CAN协议对物理层中的驱动器、收发器、连接器、电缆等的形态没有规定。物理层:PLS 层*1：PMA层层*2：MDI 层层*3物理层表示层数据链路层及物理层的一部分在ISO中进行了标准化。ISO11898和11519-2对物理层的PMA层及MDI层中定义内容不相同。图 7.物理层【注】*1 PLS:Physical S

49、ignaling Sublayer（物理信号子层）*2 PMA:Physical Medium Attachment（物理介质连接）*3 MDI:Medium Dependent Interface（介质相关接口）应用手册 RCJ05B0027-0100/Rev.1.00 2006.02 Page 14 of 48 在物理层（PMA 层、MDI 层），ISO11898 和 ISO11519-2 的主要不同点如表 4 所示 表 4.ISO11898 和 11519-2 物理层的主要不同点 物理层 ISO 11898(High speed)ISO 11519-2(Low speed)通信速度*1

50、最高 1Mbps 最高 125kbps 总线最大长度*2 40m/1Mbps 1km/40kbps 连接单元数 最大 30 最大 20 隐性 显性 隐性 显性 总线拓扑*3 Min Nom Max.Min.NomMax.Min Nom.Max.Min.Nom.Max.CAN_High(V)2.00 2.50 3.00 2.753.504.501.601.75 1.90 3.85 4.00 5.00 CAN_Low(V)2.00 2.50 3.00 0.501.502.253.103.25 3.40 0.00 1.00 1.15 电位差(H-L)(V)-0.5 0 0.05 1.5 2.0 3.