構(gòu)建CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議你需要了解這些內(nèi)容
2017-5-8 9:44:07??????點(diǎn)擊：
定義
CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國(guó)電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
原理
CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。是應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊系統(tǒng)，是一種開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 CAN協(xié)議建立在ISO/OSI模型之上，其模型結(jié)構(gòu)有三層。協(xié)議分為Can2.0A, CAN2.0B,CANopen幾種。
CAN-BUS即CAN總線技術(shù)，全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)（ControllerAreaNetwork-BUS）”。ＣＡＮ總線的通訊介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通訊距離與波持率有關(guān)，最大通訊距離可達(dá)１０ｋｍ，最大通訊波持率可達(dá)１Ｍｄｐｓ。ＣＡＮ總線仲裁采用１１位標(biāo)識(shí)和非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)，保證在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沖突時(shí)最高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)不需要沖突等待。ＣＡＮ總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。ＣＡＮ總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。ＣＡＮ總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測(cè)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。
應(yīng)用
廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
規(guī)則
在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)上，CAN報(bào)文以廣播的形式發(fā)送，CAN報(bào)文不包含地址信息，是否處理接收到的CAN報(bào)文由接收點(diǎn)的軟件確定。CAN-bus只提供可靠的報(bào)文傳輸服務(wù)，CAN報(bào)文的使用由應(yīng)用者定義， 所以CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)要相互通信就必須制定一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則。CAN應(yīng)用層協(xié)議就是這樣一個(gè)規(guī)則。
這個(gè)規(guī)則，定義了CAN報(bào)文中幀ID及幀數(shù)據(jù)的使用方式，如將幀ID定義為需要處理該幀數(shù)據(jù)的CAN節(jié)點(diǎn)地址等。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，國(guó)際上出現(xiàn)了多種CAN應(yīng)用層協(xié)議，常見的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議如下：
關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
總線傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等;
高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸;
最大傳輸距離時(shí)延時(shí)大小的確定;
網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù);
網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能。
CAN-bus總線特性
CAN-bus網(wǎng)絡(luò)傳輸速度最高可達(dá)1Mbps,并采用無(wú)損仲裁，通過(guò)報(bào)文標(biāo)識(shí)符指示報(bào)文優(yōu)先級(jí);
CAN-bus采用差分信號(hào)傳輸，并采用可靠的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制;
CAN-bus采用幀傳輸，每個(gè)報(bào)文允許傳輸最多8個(gè)字節(jié)，幀結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格規(guī)定，能夠確定最大傳輸延時(shí);
CAN-bus具有可靠的錯(cuò)誤機(jī)制和檢測(cè)機(jī)制，發(fā)送的信息遭到破壞后可以重新發(fā)送;節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)退出總線的功能;
可以通過(guò)制定嚴(yán)禁的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和診斷。
測(cè)試工具
CAN總線多用于工控和汽車領(lǐng)域，在CAN總線的開發(fā)測(cè)試階段，需要對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)功能，網(wǎng)路整合等進(jìn)行開發(fā)測(cè)試，需要虛擬、半虛擬、全實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)，并且必須測(cè)試各節(jié)點(diǎn)是否符合ISO11898中規(guī)定的錯(cuò)誤響應(yīng)機(jī)制等，所以CAN總線的開發(fā)需要專業(yè)的開發(fā)測(cè)試工具，并且在生產(chǎn)階段也需要一批簡(jiǎn)單易用的生產(chǎn)線測(cè)試工具。CAN總線開發(fā)測(cè)試工具的主要供應(yīng)商有ZLG、Passion IXXAT、IHR、Vector、Intrepidcs、Passion Warwick、LAIKE等。常用的開發(fā)測(cè)試工具如CANScope、CANalyst-II、Passiontech DiagRA、canAnalyser、X-Analyser、AutoCAN、CANspider，LAIKE CANTest等。
CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來(lái)。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國(guó)電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
原理
CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。是應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊系統(tǒng)，是一種開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 CAN協(xié)議建立在ISO/OSI模型之上，其模型結(jié)構(gòu)有三層。協(xié)議分為Can2.0A, CAN2.0B,CANopen幾種。
CAN-BUS即CAN總線技術(shù)，全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)（ControllerAreaNetwork-BUS）”。ＣＡＮ總線的通訊介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通訊距離與波持率有關(guān)，最大通訊距離可達(dá)１０ｋｍ，最大通訊波持率可達(dá)１Ｍｄｐｓ。ＣＡＮ總線仲裁采用１１位標(biāo)識(shí)和非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)，保證在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沖突時(shí)最高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)不需要沖突等待。ＣＡＮ總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。ＣＡＮ總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。ＣＡＮ總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測(cè)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。
應(yīng)用
廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
規(guī)則
在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)上，CAN報(bào)文以廣播的形式發(fā)送，CAN報(bào)文不包含地址信息，是否處理接收到的CAN報(bào)文由接收點(diǎn)的軟件確定。CAN-bus只提供可靠的報(bào)文傳輸服務(wù)，CAN報(bào)文的使用由應(yīng)用者定義， 所以CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)要相互通信就必須制定一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則。CAN應(yīng)用層協(xié)議就是這樣一個(gè)規(guī)則。
這個(gè)規(guī)則，定義了CAN報(bào)文中幀ID及幀數(shù)據(jù)的使用方式，如將幀ID定義為需要處理該幀數(shù)據(jù)的CAN節(jié)點(diǎn)地址等。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，國(guó)際上出現(xiàn)了多種CAN應(yīng)用層協(xié)議，常見的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議如下：
關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
總線傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等;
高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸;
最大傳輸距離時(shí)延時(shí)大小的確定;
網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù);
網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能。
CAN-bus總線特性
CAN-bus網(wǎng)絡(luò)傳輸速度最高可達(dá)1Mbps,并采用無(wú)損仲裁，通過(guò)報(bào)文標(biāo)識(shí)符指示報(bào)文優(yōu)先級(jí);
CAN-bus采用差分信號(hào)傳輸，并采用可靠的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制;
CAN-bus采用幀傳輸，每個(gè)報(bào)文允許傳輸最多8個(gè)字節(jié)，幀結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格規(guī)定，能夠確定最大傳輸延時(shí);
CAN-bus具有可靠的錯(cuò)誤機(jī)制和檢測(cè)機(jī)制，發(fā)送的信息遭到破壞后可以重新發(fā)送;節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)退出總線的功能;
可以通過(guò)制定嚴(yán)禁的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和診斷。
測(cè)試工具
CAN總線多用于工控和汽車領(lǐng)域，在CAN總線的開發(fā)測(cè)試階段，需要對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)功能，網(wǎng)路整合等進(jìn)行開發(fā)測(cè)試，需要虛擬、半虛擬、全實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)，并且必須測(cè)試各節(jié)點(diǎn)是否符合ISO11898中規(guī)定的錯(cuò)誤響應(yīng)機(jī)制等，所以CAN總線的開發(fā)需要專業(yè)的開發(fā)測(cè)試工具，并且在生產(chǎn)階段也需要一批簡(jiǎn)單易用的生產(chǎn)線測(cè)試工具。CAN總線開發(fā)測(cè)試工具的主要供應(yīng)商有ZLG、Passion IXXAT、IHR、Vector、Intrepidcs、Passion Warwick、LAIKE等。常用的開發(fā)測(cè)試工具如CANScope、CANalyst-II、Passiontech DiagRA、canAnalyser、X-Analyser、AutoCAN、CANspider，LAIKE CANTest等。
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