(4-2)英文翻译

控制器局域网络（CAN）基础

作者：Keith Pazul

Microchip Technology Inc.

背景简介

控制器局域网络（CAN）最初是由汽车系统供应商Bosch在德国80年代中期应用于汽车中的一种强大的串口通讯的方法。目的是使汽车更可靠，安全，节能高效的同时减少线束重量和复杂性。自成立以来，在工业自动化汽车/卡车应用该协议已获得广泛的普及。CAN网络解决方案在其他市场也具有很好的吸引力，如医疗设备，测试设备和移动电话机也开始利用这个好处。本文用来解释说明最基础的CAN和展示CAN 的好处用于嵌入式系统网络的应用。

CAN概述

大多数网络应用程序遵循分层方法的方式实现。这个系统方法使软件的产品来自不同的制造商。一个标准被建立是由国际标准化组织（标准化组织）作为样板的一个分层系统。它被称为开放系统互连（开放系统互连）网络分层参考模型，见图1参考。CAN协议它自身大部分实现低于两层的参考模型。通信介质部分的模型是Bosch CAN故意留下的载明为了使系统设计调整和优化的通信协议为了在多个媒体上有最大灵活性（双绞线，单线，光隔离，射频，红外线，等。）。然而，这个灵活性可能来自互操作性问题。

缓解这样许多的问题，国际标准组织和社会的汽车工程师们（汽车工程师协会）在定义CAN协议的基础上，包括媒体依赖接口定义信息等，所有低层指定。ISO11898是一个标准的高速应用，ISO11898是一个标准的低速应用，与J1939（汽车工程师协会）是针对卡车和公共汽车的应用。所有这三个协议详细说明5V不同的电气总线物理接口研究。

其余的层的标准协议栈是左负责实施的软件系统开发。高层协议（HLPs）通常是用来实现上五层的开放系统互连参考模型。

HLPs用于：

1〕 规范程序启动包括比特率的使用

2〕 在参与节点或消息类型分配地址

3〕 确定结构信息

4〕 提供系统级错误处理例程。HLPs执行功能列表觉不是完整的，但它确实说明他们的一些基本的功能。

CAN协议基础

载波侦听多路访问冲突检测（载波侦听）

CAN通信协议是一个载波侦听协议。载波侦听代表载波侦听多路访问。这是什么意思，网络中的每个节点必须监视总线没有活动的时间在试图发送一个总线上的信息（载体意义）。此外，这一时期没有活动时，每个总线上的节点都有平等的机会传输消息（多路存取）。光盘代表碰撞检测。如果两个节点同时开始输出，这个节点将检测’碰撞’和采取适当的行动。在CAN协议上，是利用无损逐位仲裁的方法。这意味着信息仍然完好无损仲裁甚至完成碰撞检测。在高级优先级上所有仲裁的发生没有堕落或者延迟。

有一些需要支持非破坏性的逐位仲裁。首先，逻辑状态需要被定义为显性或隐性。其次，如果逻辑状态试图传送在实际出项的通信总线上。所看见的通信总线发送节点必须在监控的状态下。CAN定义一个逻辑作为一位0主位和逻辑1位作为一个隐性位。

主导位状态会一直赢得仲裁的隐性位的状态，因此，低价值的消息标识符（外地信息中使用的公证—过程），高优先级的消息。例如，假定2个节点正试图在同一时间传送一条信息。每个节点将监测通信总线以确保那个节点是试图在发送实际上的信息出现在通信总线上。低优先级的消息将在一些点尝试发送一个隐性位状态监测在通信总线上将成为一个优势。在这一点上这个节点失去仲裁便立即停止传输。大多数高优先级的消息将继续直到完成，失去仲裁的节点将等到在总线上的下一段没有活动时再次尝试传输的信息。

基于信息通信

CAN协议是一个基于消息的协议，不是一个以地址为基础的协议。这意味着，信息不是在地址基础上从一个节点传到另一个节点的。嵌入式CAN信息本身内容和传输有优先权。系统中所有的节点收到消息都是传送在通信总线上（并将承认如果邮件被正确接受）。它是由每个节点决定是否收到的每个邮件应立即丢弃或保持被处理。一个单一的消息可

以被运往一个特定的节点接受，或多个节点上的通道网络和系统设计。例如，汽车安全气囊传感器通过路由器节点能连接到CAN安全系统。此路由器节点需要其他信息安全系统和路由到其他所有节点的安全系统网络。所有其他节点的安全系统网络可以获得最新的信息，安全气囊传感器传到路由器的同时，承认是否收到消息，并决定是否使用此信息或丢弃它。

另一个有用的功能的是CAN协议从一个节点向另一个节点请求信息。就是所谓的远程发送请求（全）。这是不同的，例如在前面—段我们因为不是等侯信息从—各节点在发送一个特定的节点，这个节点特殊要求数据发送到它。

例如，一个安全汽车系统应该频繁更新感应的安全气囊，但它可能不会从其他传感器收到频繁的更新，像机油压力传感器或低电池传感器确定他们是否运行正常。周期性的，这个安全系统能从其他传感器中请求数据和彻底的安全系统检查。系统设计人员可以利用这一功能来减少网络流量的同时仍保持完整的网络。

一个额外的好处，这个消息协议额外的节点可以被添加到系统上，此外不需要将所有其他节点认识。这个新节点将开始接受网络信息，基于信息标识，决定是否处理或丢弃收到的信息。

CAN信息描述框架

CAN协议定义了四种不同类型的信息（或帧）。第一，最常见的类型帧数据帧。这是用来当一个节点传送任何信息到其他节点的系统。第二是远程帧，这是一个基本数据帧位设置，为表明这是一个远程发送请求（详见图二和图3数据帧）。另一帧类型的错误处理。一个叫错误帧和一个叫做超载帧。错误帧生成的节点通过CAN界定检测到每个节点的错误。过载误差产生的节点，需要更多的时间来处理已经收到的信息。

在数据帧领域的组成来提供额外的信息，信息定义，来确定CAN规范。嵌入在数据帧仲裁领域，控制域，数据域，华润领域，一位认知领域和一位结束帧。

仲裁领域被优先用在信息总线上。由于CAN协议定义了一个逻辑0的显性状态，数量低级的在仲裁领域，高级的信息在总线上。仲裁领域是由（11标识符位和一件位）或32位（29件标识符，1位定义信息作为一个扩展的数据帧，一个帧位闲置，和全位）组成，这取决于是否标准帧或扩展帧被利用。当前版本CAN规范，呼吁他们扩展帧为定义标识符

29位网版本。以前版本的规范可以定义11位即标准帧标识符。

正如前面所述，远程传输请求（全）是使用一个节点时需要的信息发送到另一个节点。完成一个RTR，远程帧发送的标识符的数据帧。在仲裁的位字段是用来区分远程帧和数据帧。如果是隐性的，那么该消息是一个远程帧。如果是显性的，该消息是一个数据帧。

控制字段由六位组成。最高位的是比特（意味着扩展帧），应是主导的标准数据帧。这一点确定该消息是否是标准或扩展的框架。在扩展帧，这一点是RB1是被保留的。下一位是RB0也被保留。四个最低有效位的数据长度码（DLC）位。数据长度码确定了有多少数据字符被包含在信息中。应该指出的是，远程帧没有数据字段，不考虑（DLC）位的价值。

数据字段是由描述数据长度码的字节数控制领域组成。轨道交通领域是由一个15位校验和界定符组成，用于接收节点确定是否传输发生错误。

确认字段是用来表明信息是否被正确接收。任何节点信息被正确接收，无论是处理或丢弃的数据，在总线上提出一个显性位应答槽位时间（见图2和图3的位置确认槽位时间）。

过去两个信息类型是错误帧和过载帧。当一个节点通过CAN协议界定检测出许多类型错误，错误帧发生了。在这个时候，过载帧会告诉网络该节点发送过载帧是没有准备好接送更多信息的，或者是间歇被侵犯。这些错误将在下一节中被讨论。

快速可靠的通信

由于CAN最初是专为汽车的使用，协议有效的处理错误使它能获得更大的市场。随着CAN规范2.0版本的发布，最大通信速率增加8倍以上超越1.0版本规范的1mbit/秒。在这个速度上，即使是最大的参数也可以连续传送没有潜在的问题。除了这个，CAN协议有一个全面的错误清单，它可以检测确保信息的完整性。CAN节点有能力确定故障情况和基于过渡问题严重性通过不同的节点传输。因此，他们也有能力检测短干扰的永久的失败和修改他们的功能。节点可以过渡运作就像一个正常的节点（能够发送和接收正常的信息），在关闭完全（bus-off）的基础上检测严重的错误。此功能称为故障隔离。CAN节点没有错误，节点将能垄断所有的宽的网络故障，由于故障将限于故障节点，在网络上流传之前这些错误节点将关闭。这是非常强大的，因为故障隔离保证带宽这是

关键的系统信息。

如前所述，有五个错误条件是指CAN协议，在一个节点里有三个错误，根据类型和数量条件来检测错误。以下的每个部分描述的更加详细。

检测错误

校验错误

一个15位循环冗余校对（CRC）值计算的传输节点，是在轨道交通领域传播的。网络上的节点收到这个消息，计算校验和验证循环冗余验证值要相匹配。如果数值不相匹配，一个CRC错误就会发生，一个错误框架就会产生。由于至少有一个节点没有妥善接收消息，那么之后就有一个间歇时间。

承认错误

在认知领域的一个信息，发送节点检查是否承认这个位置（已作为一个隐性位）含有一个显性位。这个显性位承认至少一个节点正确接收此消息。如果该位是隐性的，那么没有节点收到正确的信息。承认一个错误已经发生。然后错误帧将生成，经过适当的休息时间后将重复原始信息。

形式错误

如果任何一个节点检测到一个显性位有以下四段信息：结束帧，分隔符或界定符在帧的空间中承认，这个CAN协议定义了这是一种违法形式产生的错误。原来的信息后有适当的间歇时间。（在这个CAN信息段中参见图2和图3）。

位错误

当监测的实际总线和发送出的位相比较，如果一个发送器发送的是一个显性位和检测出来的是隐性位，或如果它发送的是隐性位而检测出来的是显性位。在这种情况下，发送器发送一个隐性和显性位发现在仲裁领域或承认槽中，无误码产生，因为正常的仲裁已经确认发生。如果有一位错误被检测出来，错误帧发生，原有的信息在出错后有一个适当的休息时间。

填充错误

CAN协议采用止回-零（归零）传输方法。这意味着位水平替代在总线上整体的时间。CAN也可以是异步的，位是用来允许接收节点同步时钟的恢复信息的数据流。接收节点同步隐性到显性转换。在一行中如果

有多于五位相同的极性在的话，CAN将自动一个极性相反的数据流位。接收节点（s）将使用它为同步，但会忽略以位数据为目的。如果，在框架开始和CRC界定符之间，连续六位具有相同的极性检测，那么，违反了位填充规则。然后错误就发生，错误帧发送，信息重复。