详解基于CAN总线的汽车仪表系统设计—CAN总线原理分析

13、应答:接收节点对正确接收的报文给出应答，对不一致报文进行标记。
14、位流编码:一帧报文中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和CRC域的二进制位流通过位填充方式编码。当连续出现5个相同极性位时，自动插入一个补码;报文中其他域不使用位流编码，错误帧和过载帧也不使用。

2.2.3 CAN总线的技术特点

随着通信技术的发展，CAN总线己广泛应用于各行各业的工业现场，根据不同的需要或以主从方式，或多主方式工作，鉴于其极高的可靠性和独特的设计以及高速率，传输距离较长的特点，特别适合工业现场监控设备的互联。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由H位(以N技术规范2.以)或29位(CAN技术规范2.0B)二进制数组成，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。概括起来，它具有如下特点

1、CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。
2、CAN的直接通信距离最远可达IOkm(速率SKbp、以下)，通信速率最高可达IMbpS(此时通信距离最长为40m)。
3、CAN为多主从工作方式，网络上任意一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他接点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息，利用这一特性可方便地构成多机备份系统。
4、网络上的节点信息可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在 134ps内得到传输。
5、CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而高优先级的节点可以不受影响地继续传送数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(而以太网则可能)。
6、CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传播接收数据，无需专门的"调度"
7、CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个，报文标识符可达2030种 (CAN2.OA)，而扩展标准(CAN2.OB)的报文标识符几乎不受限制。
8、CAN采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
9、以N的每帧信息都有CRC校验及其他校验措施，保证了数据出错率极低。
10、以CAN总线上的节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，退出网络通讯，保证总线上其它节点的操作不受影响。
11、CAN还具有借助接收滤波的多地址帧传送、远程数据请求、配置灵活性、全系统数据相容性、错误检测和出错信令的功能。
12、CAN在发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送，而且可以进行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。CAN的信号传输采用短帧结构，数据段长度最多为8个字节，每一帧的有效字节数为8个，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，传输的时间短，从而保证了通信的实时性。受干扰的概率低，每帧信息均有CRC校验和其他检错措施，通信误码率极低。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。以N节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，这时故障节点与总线脱离，使其他节点的通信不受影响。CAN的这些卓越特性以及极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互联，并己被公认为最有前途的现场总线之一。

2.2.4 CAN的分层结构

CAN遵从051模型，按照051基准模型，CAN结构划分为两层:数据链路层和物理层，其中数据链路层包括逻辑链路层LLC和媒体访问控制层MAC。如图2一2所示1]。

2.2.4CAN总线的分层结构

CAN遵从051模型，按照051基准模型，CAN结构划分为两层:数据链路层和物理层，其中数据链路层包括逻辑链路层LLC和媒体访问控制层MAC。如图2一2所示123]。

LLC子层的主要功能是:为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报文己被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息。MAC子层的功能主要是传送规则，亦即控制帧的结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。物理层的功能是有关全部电气特性在不同节点间的实际传送。CAN技术规范2.OB定义了数据链路中的MAC子层和LLC子层的一部分，并描述与 CAN有关的外层。物理层定义了信号怎样进行发送，因而，涉及位定时、位编码元和同步的描述。在这部分技术规范中，未定义物理层中的驱动器/接收器特性，以便允许根据具体应用，对发送媒体和信号电平进行优化。MAC子层是CAN协议的核心，它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。MAC子层可响应报文帧、仲裁、应答、错误检测标定。MAC子层由称为故障界定的一个管理实时监控，它具有识别永久故障或短暂扰动的自检机制。LLC子层的主要功能是报文滤波、超载通知和恢复管理。、从物理结构上看，一个CAN节点的构成如图2一3所示。在CAN网络中，物理层从结构上可分为三层:分别是物理信号层(P璐， PhysicalSignaling)，物理介质附件层(pMA， physiealMediaAitachment)和介质接口层(MDI，MediaD叩endentInteiface)。其中PLS层连同数据链路层功能由CAN控制器完成，PMA层功能由CAN收发器完成，MDI层定义了电缆和连接器的特性。目前也有支持 CAN的微控制器内部集成了CAN控制器和收发器电路。PMA和MDI两层有很多不同的国际或国家或行业标准，也可自行定义，比较流行的是15011898定义的高速CAN发送/接收器标准。