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一、CAN协议的特点
1)在总线空闲时,所有单元都可以发送消息,两个以上单元同时发送消息时,对各消息的Identifier进行逐位仲裁比较,仲裁获胜的单元(具有较高优先级)可继续发送消息,仲裁失败的单元停止发送。
2)消息中没有地址,消息广播到总线上,任何总线上的单元都可以接收消息。在总线上增加单元,不会影响到其它的单元。
3)最高数据传输速率1Mbps(距离小于40m),最远传输距离10km(速率低于5kbps)。CAN总线两个节点之间的通讯距离与波特率成反比。工程常用为500kbit/s的通信速率。
类型 | 最高速率 | 描述 |
高速CAN | 1Mbit/s | 最通用的CAN总线类型 |
低速CAN | 125kbit/s | 容错,在一条总线短路时仍能正常工作 |
单线CAN | 50kbit/s | 主要用低速的车身电子单元、舒适及娱乐控制领域 |
4)CAN总线上可挂载多个单元,理论上挂载单元数没有上限,但受总线的时间延迟和电气负载限制。降低通信速率,可增加单元数量。
5)所有单元具有错误检测功能,检测出错误后会立即通知其他单元。正在发送消息的单元一旦检测出错误,会结束当前的发送。
二、网络拓扑
CAN节点挂载在CAN_L和CAN_H之间,为降低反射,高速CAN在CAN总线两端增加了120Ω电阻,低速CAN和单线CAN在节点位置增加了电阻。低速CAN在总的终端电阻为100Ω时性能最佳,因此,确定低速CAN的终端电阻,需要先确定网络中的节点数,每个终端提供100Ω的一部分,并不要求每个终端有相同的阻值,但总值应该为100Ω。如总线中有3个CAN节点,则接到网络上的6个终端电阻值均为600Ω。
对于高速CAN,当CAN_H – CAN_L < 0.5 时为隐性,即逻辑1;当 CAN_H-CAN_L>0.9V时为显性,即逻辑0。
对于低速CAN,当CAN_L = 5V, CAN_H = 0V时为隐性;当CAN_H = 3.6V,CAN_L = 1.4V时为显性。相较于高速CAN,低速CAN显性和隐性的电平差异更大,抗干扰能力更强,
单线CAN只有一根线,要求节点有较好的共地性,抗干扰能力较弱。
三、总线仲裁
总线空闲时,任何节点都可以发送报文。如果同时有多个节点发送报文,会出现总线访问冲突,CAN使用逐位仲裁的方式解决冲突。在仲裁期间,每个发送器都对发送的 Identifier 电平与被监控的总线电平进行比较,如果电平相同,则继续发送报文。若发送器发送了一个隐性电平,而监视到一个显性电平,则节点仲裁失败,退出发送状态。因此,Identifier越小,消息的优先级越高。若在非仲裁期间出现发送电平与监视电平不一致的状况,将产生错误事件。
四、消息机制
CAN标准定义了四种消息类型,分别为数据帧、远程帧(也有称遥控帧)、错误帧和过载帧。
数据帧:发送器向接收器发送数据帧;
远程帧:接收器向发送器请求数据;
错误帧:任何单元检测到总线错误后发出错误帧;
过载帧:用于相邻数据帧和远程帧之间提供延时,由接收器发送,表示接收器来不及处理数据,请求延迟。
五、位填充
CAN总线使用非归零编码(NRZ),具有效率高的特点,但同步性能差。为保证同步通信中有足够的电平跳变,规范中应用位填充机制,在连续的5个相同电平后插入1个反相电平,接收节点收到消息后,自动将填充位删除。若检测到连续6个相同电平,则节点报错。
六、消息过滤
消息在CAN总线上是以广播的形式传输的,但并不是所有节点都对总线上的信息感兴趣。节点可通过CAN控制器中的过滤码和掩码来检验消息的 Identifier 是否匹配,从而决定是否接收消息。
例:设置过滤码位 0x 00 00 15 60,设置掩码为 0x 1F FF FF F0,则节点只接收 Identifier 为 0x 00 00 15 60 ~0x 00 00 15 6F的消息。
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