CAN2.0协议规范

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1、传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子Version 1.20版2006年5月传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子lCAN-bus简介lCAN-bus主要特性lCAN-bus规范lISO/OSI网络模型l帧格式l帧类型l总线仲裁l位流编码l位填充l错误检测机制l错误类型l故障界定l单元状态l振荡器容差l位定时l同步传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l控制器局域网控制器局域网CANCAN（Controller Area NetworkController Area Network），

2、最初是由），最初是由德国德国BoschBosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。公司设计的，应用于汽车的监测和控制。l作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，网络通讯控制方式，CAN-busCAN-bus逐步被广泛应用到各种控制领逐步被广泛应用到各种控制领域。域。l19911991年年9 9月，月，PhilipsPhilips半导体公司制定并发布半导体公司制定并发布CANCAN技术规范：技术规范：CAN 2.0 A/BCAN 2.0 A/B。19931993年年11 11月，月，ISOISO组织正式颁布组织正

3、式颁布CANCAN国际标准国际标准 ISO11898ISO11898。lCAN-busCAN-bus是唯一成为国际标准的现场总线，也是国际上应用是唯一成为国际标准的现场总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。最广泛的现场总线之一。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l多主结构依据优先权进行总线访问多主结构依据优先权进行总线访问l无破坏性的基于优先权的逐位仲裁无破坏性的基于优先权的逐位仲裁l借助验收滤波器的多地址帧传递借助验收滤波器的多地址帧传递l远程数据请求远程数据请求l全系统数据相容性全系统数据相容性l错误检测和出错信令错误检测和出错信令l很远的数据传

4、输距离（长达很远的数据传输距离（长达10Km10Km）l高速的数据传输速率（高达高速的数据传输速率（高达1Mbps1Mbps）l高度实时性：每帧报文允许传输最高高度实时性：每帧报文允许传输最高8 8个字节的数据个字节的数据l发送期间丢失仲裁或出错而遭到破坏的帧可自动重发发送期间丢失仲裁或出错而遭到破坏的帧可自动重发l暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离l脱离总线的节点不影响总线的正常工作脱离总线的节点不影响总线的正常工作传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子lCAN-bus 规范（Versi

5、on 2.0）nCAN2.0A：CAN标准报文格式nCAN2.0B：CAN标准报文格式和扩展报文格式nISO11898-1/2/3/4 国际标准lCAN-bus 技术规范的目的n定义数据链路层n定义CAN协议在周围各层中所发挥的作用 传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子LLCLLC：逻辑链路控制子层：逻辑链路控制子层MACMAC：媒体访问控制子层：媒体访问控制子层传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子Logical Link Control(LLC)-Acceptance Filtering -Overload Noti

6、fication -Recover ManagementMedium Access Control(MAC)-Data Encapsulation/Decapsulation -Frame Coding(stuffing/destuffing)-Error Detection/Signaling -Serialization/DeserializationApplicationPresentationSessionTransportNetworkData Link LayerPhysical LayerOSI Reference LayersPhysical Signaling(PLS)-Bi

7、t Encoding/Decoding -Bit Timing/SynchronizationPhysical Medium Attachment(PMA)-Driver/Receiver CharacteristicsMedium Dependent Interface(MDI)-Connectors传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l二种不同的CAN帧格式nCAN规范2.0B中引入第二种报文格式n标准帧和扩展帧n具有11位标识符的CAN帧称为：标准帧n具有29位标识符的CAN帧称为：扩展帧lCAN控制器必须完全支持标准帧(收/发)lCAN控制器必须支

8、持接收扩展帧传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l数据帧n从发送节点向其它节点发送数据l远程帧n向其它节点请求发送具有同一识别符的数据帧 l错误帧n指明已检测到总线错误l过载帧n过载帧用以在数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时 传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l数据帧组成n帧起始（Start of Frame）n仲裁场（Arbitration Frame）n控制场（Control Frame）n数据场（Data Frame）nCRC场（CRC Frame）n应答场（ACK Frame）n帧结尾（End of Fr

9、ame）n数据场的长度可以为0 n允许DLC8(*见协议实现指南)传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子recessivedominantRTR-bit(Remote-Transimission-Request)Delimiter Bits1111608*8151 1 173MessageIdentifierArbitrationFieldControl FieldData FieldCRCSequenceCRCFieldACKSlotEnd ofFrameFieldIntermissionFieldAcknowledgement FieldStart-of

10、-Frame-BitBit StuffingCAN Data FrameRTR=0传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l标准帧标准帧格式：具有11位标识符；l扩展帧扩展帧格式：具有29位标识符；l两种帧格式的区别通过“控制场”（Control Frame）中的“识别符扩展”位（IDE bit）来实现；l两种帧格式可出现在同一总线上。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子11-Bit-IdentifierSOMRTRIDEr0DLC11-Bit Base IDSOMDLCRTRIDESSRr0r118-Bit Extend

11、 IDArbitration FieldControlFieldDataFieldArbitration FieldControl FieldData FieldI ID D.1 10 0ID.28ID.28RTR=0RTR=0扩展数据帧扩展数据帧标准数据帧标准数据帧传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子dominantCRCField11-Bit BaseIDSOMDLCRTRIDESSRr0r118-BitExtend IDEnd ofFrameFieldAckFieldMessage IdentifierControlFieldrecessive扩展远

12、程帧扩展远程帧RTR=1传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l错误帧n当节点检测到一个或多个由CAN标准所定义的错误时，就产生一个错误帧。Error Flag6Error Delimiter86-12 bitsSuperposition ofError Flags传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l过载帧n过载帧用以在先行和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。OverloadFlag6Overload Delimiter86-12 bitsSuperposition ofOverload Flags传递价值

13、传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l通过帧间空间（Interframe Spacing）隔离数据帧（或远程帧）与先行帧；l帧间空间的组成：n3个隐性(“1”)的间歇场（INTER MISSION）n长度不限的总线空闲位场（BUS IDLE）n错误被动节点发出的挂起传送场（SUSPEND TRANSMISSION）传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l总线上“显性”电平支配“隐性”电平；n逻辑“0”=“显性”电平；逻辑“1”=“隐性”电平。l总线空闲时，任何节点可以开始发送报文；l总线上每条报文都具有唯一的一个11位或29位标

14、识符；l报文标识符的值越小，报文具有越高的优先权；l多个节点同时发送时，总线在“仲裁场”进行“逐位仲裁”；l传送高优先级报文的节点赢得仲裁，并继续传输报文；l失去仲裁的节点在总线空闲时重新传送。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子ControlFieldData FieldNODE1NODE2NODE3SOF109876543210IdentifierControlFieldData FieldNODE1、2、3 同时传送同时传送NODE2 退退出出仲仲裁裁NODE1 退退出出仲仲裁裁NODE3 赢得仲裁，传送报文赢得仲裁，传送报文Arbitration

15、Field传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l位流编码采用“不归零”（NRZ）方法编码n在完整的位时间里，位电平要么为“显性”，要么为“隐性”；n有足够的跳边沿利于总线各节点重新同步；n要求采取“位填充”（Bit Stuffing）。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子标准数据帧CANL 波形CANH 波形传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l当发送器检测到位流里有5个连续相同值的位，便会自动在位流里插入一补充位，接收器会自动删除这个补充位。n最多经过5个位时间，各节点可以重同步

16、；n能够通过总线上的错误标志（Error Flag 6个连续相同的位）反映发送错误。l在固定的位场中不使用位填充。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 11 12 21 13 31 14 41 15 51 16 61 17 71 18 81 19 92 20 02 21 12 22 22 23 3B Bi it t N NO O.S SS SS S要要传传送送的的位位序序列列经经过过位位填填充充后后传传送送的的位位序序列列1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10

17、 01 11 11 12 21 13 31 14 41 15 51 16 61 17 71 18 81 19 92 20 02 21 12 22 22 23 32 24 4B Bi it t N NO O.传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l进行检测错误，采取以下措施：n监视（对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）n循环冗余检查n位填充n报文格式检查传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l错误检测的机制具有以下的属性：n检测到所有的全局错误n检测到发送器所有的局部错误n可以检测到报文里多达5 个任意分布的错误n检测

18、到报文里长度低于15（位）的突发性错误n检测到报文里任一奇数个的错误l对于没有被检测到的错误报文，其剩余的错误可能性概率低于：报文错误率报文错误率 4.7 4.7*10 10-11-11传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l位错误（位错误（Bit ErrorBit Error）：发送的位值和总线监视的位值不相符：发送的位值和总线监视的位值不相符合时，检测到一个位错误合时，检测到一个位错误(除仲裁场、应答场外除仲裁场、应答场外)；l填充错误（填充错误（Stuff ErrorStuff Error）：如果在使用位填充编码的位流中，：如果在使用位填充编码的位流中

19、，出现了第六个连续相同的位电平，将检测到一个位填充错误；出现了第六个连续相同的位电平，将检测到一个位填充错误；l形式错误形式错误 （Form ErrorForm Error）：当一个固定形式的位场含有一个：当一个固定形式的位场含有一个或多个非法位时，将检测到一个形式错误；或多个非法位时，将检测到一个形式错误；l应答错误应答错误 （Acknowledgment Error Acknowledgment Error）：在应答间隙（：在应答间隙（ACK ACK SLOTSLOT）所监视的位不为）所监视的位不为“显性显性”，则会检测到一个应答错，则会检测到一个应答错误；误；lCRC CRC 错误（错误

20、（CRC ErrorCRC Error）：如果接收器的：如果接收器的CRCCRC结果和发送器结果和发送器的的CRCCRC结果不同，将检测到一个结果不同，将检测到一个CRCCRC错误。错误。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l总线单元使用两种错误计数器进行故障界定n发送错误计数(TEC)n接收错误计数(REC)l错误计数规则(共12条规则)n节点发送时产生错误，将导致TEC加8；n节点成功发送1帧报文后，TEC将减1，直到0；n节点接收时检测到错误，将导致REC加8；n节点成功接收1帧报文后，REC将减1，直到0；n传递价值传递价值 成就你我成就你我htt

21、p:/http:/致远电子致远电子l单元存在的三种状态n错误主动(Error active)：“错误主动”的单元可以正常地参与总线通讯，并在错误被检测到时发出主动错误标志。n错误被动(Error passive)：“错误被动”的单元不允许发送主动错误标志。“错误被动”的单元参与总线通讯，在错误被检测到时只发出被动错误标志。n总线关闭(Bus off)：“总线关闭”的单元不允许在总线上有任何的影响(比如，关闭输出驱动器)。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子辨别节点处于暂时错误和永久性故障；辨别节点处于暂时错误和永久性故障；故障节点自动脱离总线，防止网络锁定

22、。故障节点自动脱离总线，防止网络锁定。错误主动错误主动 错误被动错误被动 总线关闭总线关闭TEC：发送错误计数：发送错误计数 REC：接收错误计数：接收错误计数传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子TEC：发送错误计数器REC：接收错误计数器TEC128REC128TEC255TEC128REC128Reset and ConfigurationError activeError passiveBus offReset128*11bit receive following通讯中止传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l由于

23、给定的最大振荡器容差为1.58%，因此凭经验可将陶瓷谐振器使用在传输率高达125 kbps的应用里。有关更多准确的评估，请参考：Dais,S;Chapman,M;“Impact of Bit Representation on Transport Capacity and Clock Accuracy in Serial Data Streams”,SAE Technical Paper Series 890532,Multiplexing in Automobiles SP-773 March 1989l为了满足CAN协议的整个总线速度范围，需要使用晶振。l具有最高振荡准确度要求的芯片，决定

24、了其他节点的振荡准确度。传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l采样点的选取n至少应在传播延迟时间后采样n需要在采样点的两边引入附加的同步缓冲l可配置的位时间段(配置成825个时间份额)SynchronizationSegmentPhase BufferSegment 1Propagation DelaySegmentPhase BufferSegment 2Nominal Bittime传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子l由协议控制器完成通过硬同步或重同步来适配位定时参数。SOFRe-synchronizationHardSynchronization传递价值传递价值 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子lCAN-bus技术网站http:/http:/lCAN-bus技术讨论园地http:/ 成就你我成就你我http:/http:/致远电子致远电子