一、什么是CAN協(xié)議

電子計算機網絡用電子語言來說話，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語言，這種語言稱“協(xié)議”，汽車電腦網絡常見的傳輸協(xié)議有數種。寶來車裝用博世公司產品，數據總線采用CAN協(xié)議，這個協(xié)議是由福特、Internet與博世公司共同開發(fā)的高速汽車通信協(xié)議。CAN是Controller Area Network(控制單元區(qū)域網絡)的縮寫，意思是控制單元通過網絡交換數據。

二、CAN數據傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點

數據總線與其他部件組合在一起就成為數據傳輸系統(tǒng)，CAN數據傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點是：

①將傳感器信號線減至最少，使更多的傳感器信號進行高速數據傳遞。 ②電控單元和電控單元插腳最小化應用，節(jié)省電控單元的有限空間。 ③如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。 ④各電控單元的監(jiān)測對所連接的CAN總線進行實時監(jiān)測，如出現故障該電控單元會存儲故障碼。

⑤CAN數據總線符合國際標準，以便于一輛車上不同廠家的電控單元間進行數據交換。

三、CAN數據格式

1.名詞

1)顯性和隱性

顯性-0 隱性-1(diff=0)

2)數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、幀間隔

數據幀：用于發(fā)送節(jié)點向接收節(jié)點傳送數據的幀

遠程幀：用于接收節(jié)點向具有相同ID的發(fā)送節(jié)點請求數據的幀

錯誤幀：用于當檢測出錯誤時向其他節(jié)點通知錯誤的幀

過載幀：用于接收節(jié)點通知其尚未做好接受準備的幀

幀間隔：用于將數據幀及遠程幀與前面的幀分離開來的幀

3)遠程數據請求

通過發(fā)送遠程幀，一個需要數據的的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送相應的數據幀，稱為遠程數據請求。數據幀和相應的遠程幀具有相同的標識符。

2.CAN標準幀與CAN擴展幀格式

數據幀和遠程幀都可以使用標準幀格式或者擴展幀格式。

RTR：遠程發(fā)送請求位，數據幀中為顯性，遠程幀中為隱性。

SRR：替代遠程請求位(在擴展格式中在RTR位置，所以得此名)，隱性位。此位可判斷出標準幀優(yōu)先于擴展幀。

IDE：標識符擴展位，標準幀-顯性，擴展幀-隱性，表示該幀為標準幀還是擴展幀。

R1、R0：保留位。

DLC：數據長度代碼，如下圖所示，包括下圖中的DLC3、DLC2、DLC1、DLC0：

CRC段：由CAN控制器自動填充。

CRC分隔符：隱性位。

ACK段：2位，由CAN控制器自動填充。包括應答位和應答界定位。應答界定位緊鄰幀結束。在應答域中，發(fā)送器發(fā)出兩個隱性位，當接收器正確的接收到有效的報文，該接收器就會在應答位期間，用一顯性位填充應答位作為回應，而應答界定位一直保持為隱性。

幀結束：由7個隱性位組成，由CAN控制器自動填充。兩種幀格式可出現在同一總線上

3.數據幀

SOF幀開始：數據幀開始的段

仲裁段：該幀優(yōu)先級的段

控制段：數據的字節(jié)數以及保留位的段

數據段：數據的內容，0~8個字節(jié)

CRC段：檢查幀的傳輸錯誤的段

ACK段：確認正常接收的段

幀結束：數據幀結束的段

4.遠程幀

通過發(fā)送遠程幀，作為數據接收器的節(jié)點可以發(fā)起各自數據源的數據傳送請求，即向數據發(fā)送器請求發(fā)送具有相同ID的數據幀。

遠程幀由幀起始、仲裁段、控制段、CRC段、ACK段和幀結束組成。

遠程幀沒有數據段。

5.錯誤幀

出錯標志有兩種：主動(積極)錯誤標志和被動(消極)錯誤標志。

主動(積極)錯誤標志：6個連續(xù)的顯行位組成。

被動(消極)錯誤標志：6個連續(xù)的隱性位組成，有可能被其他節(jié)點的顯行位覆蓋。

一個錯誤積極節(jié)點如果檢測到一個錯誤條件，會發(fā)送一個積極錯誤標志進行標識。這一錯誤標志違反了正常的位填充規(guī)則(適用于從幀起始到CRC界定符之間的所有場)或破壞了應答場和幀結束場的固定格式，結果是引起其他節(jié)點檢測到新的錯誤條件并各自開始發(fā)送錯誤標志，因此，這個在總線上可被檢測到的顯性位序列是各個節(jié)點發(fā)出的不同錯誤標志疊加的結果。該序列的總長度在6~12位之間變化。

一個消極錯誤節(jié)點如果檢測到一個錯誤條件，會試圖發(fā)送一個消極錯誤標志進行指示。這個消極錯誤節(jié)點會一直等待6個具有相同極性的連續(xù)位，等待從消極錯誤標志的起始開始，當檢測到6個相同極性的連續(xù)位時，消極錯誤標志發(fā)送即完成。

錯誤界定符由8個隱性位組成，錯誤標志發(fā)出以后，每個節(jié)點都發(fā)出隱性位，并一直監(jiān)視總線直到檢測出隱性位，隨后開始發(fā)送剩余的7個隱性位。

CAN提供了檢測下列錯誤類型機制：

1)應答錯誤

2)填充錯誤

3)CRC錯誤

4)格式錯誤

6.過載幀

存在3中過載條件，引起過載標志的發(fā)送。

1)接收器要求延遲下一次數據幀或遠程幀的到達。

2)在幀間隔間歇場的第一和第二位檢測到顯性位。

3)如果一個CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8位(最后一位)采樣到一個顯性位，則節(jié)點會發(fā)送一個過載幀(而不是錯誤幀)。錯誤計數器不會增加。

最多可產生2個過載幀來延遲下一數據幀或遠程幀。

過載標志由6個顯性位組成，其全部形式與積極錯誤標志一樣。過載標志破壞了幀間隔間歇場的固定形式，結果其他節(jié)點也檢測到一個過載條件，并各自開始發(fā)送過載幀。如果在幀間隔間歇場的第3位期間檢測到一個顯性位，則該位將解釋為幀起始。

注意：1)CAN總線的錯誤幀、過載幀怎么發(fā)出，是硬件自己完成，還是要軟件實現？

答： 當然是由硬件自動發(fā)出，不需要軟件參與。

7.幀間隔

幀間隔用于分割數據幀和遠程幀的幀。

數據幀和遠程幀可通過插入幀間隔將本幀與前面的任何幀(數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀)分開。過載幀和錯誤幀之前沒有幀間隔，多個過載幀之間也不是通過幀間隔分開的。

幀間隔包括間歇場、總線空閑場以及可能的暫停發(fā)送域。只有剛發(fā)送出去前一報文的錯誤消極節(jié)點才需要暫停發(fā)送場。

非錯誤消極節(jié)點或者作為前一報文接收器的節(jié)點的幀間隔如圖。

作為前一報文發(fā)送器的錯誤消極節(jié)點的幀間隔如圖。

間歇場包括3個隱性位。間歇場期間，所有節(jié)點均不允許發(fā)送數據幀或者遠程幀，他唯一的作用是標識一個過載條件。

注意，如果一個正準備發(fā)送報文的CAN節(jié)點在間歇場的第三位檢測到一個顯性位，他將認為這是一個幀的開始，并且在下一位時間，從報文的標識符的第一位開始發(fā)送報文，而不再發(fā)送一個幀起始位，同時也不會成為報文接收器。

總線空閑周期為任意長度。在此期間，總線空閑，任何需要發(fā)送報文的節(jié)點都可以訪問總線。

一個因其他報文正在發(fā)送而被掛起的報文，將在間歇場后的第一位開始發(fā)送。此時檢測到的總線上一個顯性位將被解釋為一個幀起始。

暫停發(fā)送場是指錯誤消極節(jié)點發(fā)送一個報文以后，在開始發(fā)送下一個報文或者認可總線處于空閑之前，在間歇場后發(fā)出的8個隱性位。如果在此期間一次由其他節(jié)點引起的傳送開始了，則該節(jié)點將成為報文接收器。

四、CAN數據傳輸系統(tǒng)構成及過程

(1)CAN數據傳輸系統(tǒng)構成

CAN數據傳輸系統(tǒng)中每塊電腦的內部增加了一個CAN控制器，一個CAN收發(fā)器；每塊電腦外部連接了兩條CAN數據總線。在系統(tǒng)中作為終端的兩塊電腦，其內部還裝有一個數據傳遞終端(有時數據傳遞終端安裝在電腦外部)。

(2)各部件功能

①CAN控制器作用是接收控制單元中微處理器發(fā)出的數據，處理數據并傳給CAN收發(fā)器。同時CAN控制器也接收收發(fā)器收到的數據，處理數據并傳給微處理器。

②CAN收發(fā)器 是一個發(fā)送器和接收器的組合，它將CAN控制器提供的數據轉化成電信號并通過數據總線發(fā)送出去，同時，它也接收總線數據，并將數據傳到CAN控制器。

③數據傳遞終端 實際是一個電阻器，作用是避免數據傳輸終了反射回來，產生反射波而使數據遭到破壞。

④CAN數據總線 用以傳輸數據的雙向數據線，分為CAN高位(CAN-high)和低位(CAN—low)數據線。數據沒有指定接收器，數據通過數據總線發(fā)送給各控制單元，各控制單元接收后進行計算。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，CAN總線采用兩條線纏繞在一起，兩條線上的電位是相反的，如果一條線的電壓是5V，另一條線就是0V，兩條線的電壓和總等于常值。通過該種辦法，CAN總線得到保護而免受外界電磁場干擾，同時CAN總線向外輻射也保持中性，即無輻射。

(3)數據傳遞過程

例如：發(fā)動機電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數據，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動機電腦傳來的數據，轉換信號并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數據傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數據，但是要檢查判斷此數據是否是所需要的數據，如果不是將忽略掉。

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總結

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