CAN总线接口模块工作原理

控制器局域网（CAN）模块是用于与其他外围设备或单片机进行通信的模块，这种接口协议能在较大的噪声 环境中进行通信，具有良好的扰干扰性能。

CAN模块是一个通信控制器，执行的是Bosch公司的CAN2.0A/B协议。它能支持CAN1.2、CAN 2.0A、CAN 2.OB 协议的旧版本和CAN2．OB现行版本，此控制器模块包含完整的CAN系统。

CAN模块由协议驱动和信息缓冲及控制组成，CAN协议驱动CAN总线上接收和发送信息的所有功能。信息装载 到某个相应的数据寄存器后再发送，通过读相应的寄存器可检查状态与错误信息。在CAN总线上检测到的任 何信息都要进行错误检查，然后与过滤器进行比较，判断是否被接收和存储到两个接收寄存器之一。

2．CAN模块支持的帧类型 　　

CAN模块支持以下帧类型：标准数据帧、扩展数据帧、远程帧、出错帧、过载帧和空闲帧。

（1）数据帧。

用于各节点之间传送数据消息，由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场和帧结束。数据帧结构如图1所示。

图1 数据帧组成 　　

（2）远程帧。

当CAN网络上一个节点需要其他节点所拥有的数据信息时，可以通过发送远程帧来请求另一节点发送。该 远程帧的标识符标识了所需数据的类型，因此，被送回的数据信息的标识符和远程帧的标识符完全一致。数 据源节点在接收到远程帧后，根据远程帧的标识符判断所需数据信｀患类型，并在总线空闲时将相应数据送 出。远程帧由6个位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。除了没有数据场和RTR为 隐性外，远程帧结构和数据帧完全相同，远程帧结构如图2所示。

图2 远程帧结构 　　

（3）错误帧。

为进行错误界定，每个CAN控制器均设有两个错误计数器：发送错误计数器（TEC）和接收错误计数器 （REC）。CAN总线上的所有节点按其错误计数器数值情况可分为3个状态：错误活动状态、错误认可状态和 总线关闭状态。节点状态转换如图3所示。

图3 节点状态转换 　　

上电复位后，两个错误计数器的数值都为0，节点处于错误活动状态，可正常参与总线通信，检测到错误时 ，发送活动错误标志。当错误计数器任一数值超过127时，节点进入错误认可状态。处于错误状态的节点可 参与总线通信，但出错后，发送认可错误标志，并在开始进一步发送数据之前等待一段附加时间（暂停发送 场）。

当发送错误计数器和接收计数器均小于或等于127时，节点从错误认可状态再次变为错误活动状态。若发送 错误计数器数值超过255后，节点进入总线关闭状态，既不能向总线发送数据，也不能从总线接收数据。当 软件执行操作模式请求命令，并等待128次总线释放（BusˉFree）序列（11位连续隐性位）后，节点从总线 脱离状态重新回到错误活动状态。

错误帧由两个不同的位场组成，第一个场由来自不同的节点的错误标志叠加而成，第二个场为错误界定符 ，错误帧结构如图4所示。

图4 错误帧结构 　　

（4）过载帧。

超载帧由超载标志和超载界定符组成。超载标志由6个显性位组成，其格式与活动错误标志相同。超载界 定符由8个隐性位组成，其格式与错误界定符相同。导致发送超载帧的两个条件为： 　　

①一个接收节点内部接收条件未准备好，要求延迟下一个数据帧或远程帧发送； 　　

②在间歇场（3位）检测到显性位。

当超载标志发出后，每个节点监视总线状态，直至检测到从显性至隐性位的跳变，此时，所有的节点均己 完成了超载标志的发送，随后所有节点开始发送8个隐性位组成的超载界定符，超载帧结构如图5所示。

图5 超载帧结构 　　

（5）空闲帧。

数据帧及远程帧与前帧消息之间的间隔被称为帧间空间的场隔开，如图6所示，帧间

图6 不包含暂停发送场的帧间空间 　　

空间由间歇场和总线空闲场组成，前面已经发送过报文的错误节点还包括暂停发送场。间歇场由3个隐性位 组成，在此期间，CAN节点不进行帧发送。间歇场的存在使CAN控制器在下次消息发送前有时间进行内部处理 操作。

总线空闲场可以为任意长度，此时总线处于空闲状态，允许任何节点开始报文发送。等待报文发送的节点 紧随间歇场后启动报文发送，即在空闲场第一位期间就启动报文发送。

如图7所示，错误认可节点完成一个报文发送后，在开始另一次报文发送或进入总线空闲状态之前，紧随间 歇场发送8个隐性位的暂停发送场。发送暂停发送场期间，若其他节点开始发送报文，则本节点停止送出暂 停发送场，并变为报文接收器。　　图7 包含暂停发送场的帧间空间 　　（6）标准数据帧。

标准数据帧的结构如图8所示。

图8 标准帧格式 　　

（7）扩展帧。

扩展帧的结构如图9所示。

图9 扩展帧格式 　　

3．传输过程中的可靠性和同步问题