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1、第第4 4章章 CAN CAN 总总 线线 CAN CAN（Controller Area Controller Area NetworkNetwork）即控制器局域网，可以归属于工业现场总线的范畴，）即控制器局域网，可以归属于工业现场总线的范畴，通常称为通常称为CAN CAN busbus，即，即CANCAN总线，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线总线，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。之一。与一般的通信总线相比，与一般的通信总线相比，CANCAN总线的数据通信具有突出的可靠性、总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一实时性和灵活性
2、，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，如些著名的汽车制造厂商，如BENZ(BENZ(奔驰奔驰)、BMW(BMW(宝马宝马)、volkswagvolkswagen en(大众大众)等都采用了等都采用了CANCAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。执行机构间的数据通信。同时，由于同时，由于CANCAN总线的特点，其应用范围目前已不仅局限于汽车总线的特点，其应用范围目前已不仅局限于汽车行业，已经在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工行业，已经在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机
3、器人、数控机床、医疗器械及传业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域中得到了广泛应用。感器等领域中得到了广泛应用。第1页/共113页4.1 4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 CANCAN工作原理、特点工作原理、特点4.1.2 4.1.2 发展背景及应用情况发展背景及应用情况4.1.3 4.1.3 一个典型的工程实例一个典型的工程实例第2页/共113页4.14.1概述概述 CAN CAN 最初出现在汽车工业中，8080年代由德国BoschBosch公司最先提出。最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。19931993年CAN
4、CAN 成为国际标准ISO11898(ISO11898(高速应用)和ISO11519ISO11519（低速应用）。由于其良好的性能及独特的设计，CANCAN总线越来越受到人们的重视。随着应用领域的增多，CANCAN的规范从CAN CAN 1.2 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 CAN 1.2 规范的CAN2.0CAN2.0规范(CAN2.0A(CAN2.0A为标准格式，CAN2.0BCAN2.0B为扩展格式)，目前应用的CANCAN器件大多符合CAN2.0CAN2.0规范。第3页/共113页4.1.1 CAN的工作原理、特点的工作原理、特点1 1 CAN CAN 的工作原理的
5、工作原理 当当CAN CAN 总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以报文形发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的1111位字符位字符为标识符为标识符(CAN2.0A)(CAN2.0A)，定义了报文的优先级，这种报文格式称，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个节点发送具有相同标识符的报文。当一个
6、节点要可能有两个节点发送具有相同标识符的报文。当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的向其它节点发送数据时，该节点的CPU CPU 将要发送的数据和自将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的己的标识符传送给本节点的CANCAN芯片，并处于准备状态；当芯片，并处于准备状态；当它它收到总线分配时，转为发送报文状态。收到总线分配时，转为发送报文状态。第4页/共113页 CAN CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时 网上的其它节点处于接收状态。每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN CAN 总线是一种面向内容的编
7、址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN CAN 总线中加进一些新节点而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新节点是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。第5页/共113页2 2 CANCAN总线特点总线特点 CANCAN总总线线是是一一种种串串行行数数据据通通信信协协议议，通通信信介介质质可可以以是是双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆或或光光导导纤纤维维。最最大大通通讯讯距距离离可可达达10km10km，最最大大通通信信速速率率
8、可可达达1Mbps1Mbps。CANCAN总总线线通通信信接接口口中中集集成成了了CANCAN协协议议的的物物理理层层和和数数据据链链路路层层功功能能，可可完完成成对对通通信信数数据据的的成成帧帧处处理理，包包括括位位填填充充、数数据据块块编编码码、循循环环冗冗余余检检验验、优优先先级判别等项工作。级判别等项工作。CANCAN总线特点如下：总线特点如下：（1 1）可可以以多多主主方方式式工工作作，网网络络上上任任意意一一个个节节点点均均可可以以在在任任意意时时刻刻主主动动地地向向网网络络上上的的其其他他节节点点发发送送信信息息，而而不不分分主主从从，通通信信方方式式灵灵活活。利利用用这这一一特
9、特点点也也可可方方便便地地构构成成多多机机备备份系统。份系统。第6页/共113页 （2 2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级可以满网络上的节点（信息）可分成不同的优先级可以满足不同的实时要求。足不同的实时要求。（3 3）CANCAN总线采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当总线采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，大大节省了总线冲突裁决时间；最重要的是在网络数据，大大节省了总线冲突裁决时间；最
10、重要的是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况（以太网负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况（以太网则可能）。则可能）。（4 4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。传送方式接收数据。（5 5）直接通信距离最远可达直接通信距离最远可达10km10km（速率（速率5Kbps5Kbps以下）。以下）。第7页/共113页 （6 6）通信速率最高可达1MB/s1MB/s（此时距离最长40m40m）。（7 7）节点数实际可达110110个。（8 8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 8个，这样传输时间短，受干扰的概率
11、低，且具有极好的检错效果。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。（9 9）每帧信息都有CRCCRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。（1010）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。（1111）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。第8页/共113页 CANCAN总总线线协协议议已已被被国国际际标标准准化化组组织织认认证证，技技术术比比较较成成熟熟，控控制制的的芯芯片片已已经经商商品品化化，性性价价比比高高，特特别别适适用用于于分分布布式式测测控控系系统之间的数据
12、通讯。统之间的数据通讯。CAN CAN 控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权线访问优先权(取决于报文标识符取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且方式竞争向总线发送数据，且CAN CAN 协议废除了节点地址编码，协议废除了节点地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得相同的数据，这些特点使得CAN CAN 总线构成的网络各节点之间的总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并
13、且容易构成冗余结构，提高系统的可靠数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用性和系统的灵活性。而利用RS-485 RS-485 只能构成主从式结构系统，只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主节点轮询的方式进行，系统的实时性、可通信方式也只能以主节点轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；靠性较差；CAN CAN 总线通过总线通过CAN CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状态，控制器接口芯片两个输出端的电平状态，可以保证不会出现象在可以保证不会出现象在RS-485RS-485网络中，当系统有错误，网络中，当系统有错误，第9页/共113页出现多节点同时
14、向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。CAN CAN 具有的完善的通信协议可由CAN CAN 控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485 RS-485 所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，CAN CAN 总线是具有通信速率高、容易实现、低成本、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前CAN CAN 总线应用
15、于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。第10页/共113页4.1.2发展背景及应用情况发展背景及应用情况 1.CAN 1.CAN（控制器局域网）的起源（控制器局域网）的起源 19861986年年2 2月，德国月，德国Robert Bosch Robert Bosch 公司介绍了一种新型的串公司介绍了一种新型的串行总线行总线CANCAN控制器局域网。在此之前还没有一种现成的网控制器局域网。在此之前还没有一种现成的网络方案能够完全满足汽车工程师们增加新功能、减少电气连接络方案能够完全满足汽车工程师们增加新功能、减少电气连接线，使其能够用于产品，而非用于驱动技术的要求。线，使其能够用于产品，而
16、非用于驱动技术的要求。19871987年中期，年中期，IntelIntel交付了首枚交付了首枚CANCAN控制器控制器8252682526，这是，这是CANCAN方案首次通过硬件加以实现。不久之后，方案首次通过硬件加以实现。不久之后，Philips Philips 半导体推出半导体推出了了82C20082C200。由于这两枚最先的。由于这两枚最先的CANCAN控制器在性能上各有千秋，控制器在性能上各有千秋，因此形成因此形成PhilipsPhilips主推的主推的BasicCAN BasicCAN 和和IntelIntel主推的主推的FullCAN FullCAN 两两大阵营。今天的大阵营。今天
17、的CANCAN控制器中，在同一模块中的验收滤波和报控制器中，在同一模块中的验收滤波和报文控制方面仍有相当的不同。文控制方面仍有相当的不同。第11页/共113页 今天，在欧洲几乎每一辆新客车均装配有今天，在欧洲几乎每一辆新客车均装配有CANCAN局域网。局域网。同样，同样，CANCAN也用于其他类型的交通工具，甚至工业控制等领也用于其他类型的交通工具，甚至工业控制等领域也被大量使用。域也被大量使用。CANCAN已经成为全球范围内最重要的总线之已经成为全球范围内最重要的总线之一。一。20002000年，全球市场销售超过年，全球市场销售超过1 1亿个亿个CANCAN器件。器件。标准化与一致性标准化与
18、一致性 19901990年，年，Bosch CAN Bosch CAN 规范（规范（CAN 2.0CAN 2.0版）被提交给国际版）被提交给国际标准化组织，于标准化组织，于19931993年年1111月出版了月出版了CANCAN的国际标准的国际标准ISO11898ISO11898，除了，除了CANCAN协议外，它也规定了最高至协议外，它也规定了最高至1Mbps1Mbps波特率时的物理波特率时的物理层。同时，在国际标准层。同时，在国际标准ISO11519-2ISO11519-2中也规定了中也规定了CANCAN数据传输数据传输中的容错方法。中的容错方法。19951995年，国际标准年，国际标准IS
19、O11898ISO11898进行了扩展，以进行了扩展，以附录的形式说明了附录的形式说明了2929位位CANCAN标识符。当前，修订的标识符。当前，修订的CANCAN规范正规范正在标准化中。在标准化中。ISO11898-1ISO11898-1称为称为“CANCAN数据链路层数据链路层”，ISO11898-2ISO11898-2称为称为“非容错非容错CANCAN物理层物理层”，ISO11898-3ISO11898-3称为称为“容错容错CANCAN物理层物理层”。国际标准。国际标准ISO11992ISO11992（卡车和拖车接口）（卡车和拖车接口）和和第12页/共113页ISO11783（农业和（农
20、业和森林机械）都在美国标准森林机械）都在美国标准J1939J1939的基础上定的基础上定义了基于义了基于CANCAN应用的子协议。应用的子协议。CANCAN的发展过程的发展过程 尽尽管管当当初初研研究究CANCAN的的起起点点是是应应用用于于客客车车系系统统，但但CANCAN的的第第一一个个市市场场应应用用却却来来自自于于其其他他领领域域。特特别别是是在在北北欧欧，CANCAN早早已已得得到到非非常常普普遍遍的的应应用用。在在荷荷兰兰，电电梯梯厂厂商商KoneKone在在电电梯梯上上使使用用了了CANCAN总总线线，PhilipsPhilips医医疗疗系系统统也也使使用用CANCAN构构成成X
21、 X光光机机的的内内部部网网络络，成成为为CANCAN的用户。的用户。19921992年年5 5月月，CiACiA“CAN CAN in in AutomationAutomation”用用户户集集团团正正式式成成立立。CiACiA推推荐荐仅仅使使用用遵遵循循ISO11898ISO11898的的CANCAN收收发发器器。现现在在，在在当当时时的的CANCAN网网络络中中使使用用非非常常普普遍遍但但并并不不兼兼容容的的RS-485RS-485收收发发器器已已基基本本消失。消失。从从19901990年中期起，年中期起，InfineonInfineon公司和公司和MotorolaMotorola公司
22、等生产公司等生产CANCAN模块集成器件的模块集成器件的1515家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商提供家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商提供第13页/共113页了了大大量量的的CANCAN控控制制器器。从从19901990年年后后期期起起，亚亚洲洲的的半半导导体体厂厂商商也也开始提供开始提供CANCAN控制器。控制器。从从19921992年年起起，奔奔驰驰公公司司开开始始在在高高级级轿轿车车中中使使用用CANCAN技技术术。第第一一步步使使用用电电子子控控制制器器通通过过CANCAN对对发发动动机机进进行行管管理理；第第二二步步使使用用控控制制器器接接收收人人们们的的操操作作信信号号。这这就就使使用用
23、了了2 2个个物物理理上上独独立立的的CANCAN总总线线系系统统，它它们们通通过过网网关关连连接接。其其他他的的汽汽车车厂厂商商在在他他们们的的汽车上也使用汽车上也使用2 2套套CANCAN总线系统。总线系统。现现在在，继继VolvoVolvo、SaabSaab、VolkswagenVolkswagen、BMWBMW之之后后，RenaultRenault和和FiatFiat也也开开始始在在他他们们的的汽汽车车上上使使用用CANCAN总总线线。不不仅仅如如此此，由由于于CANCAN总总线线的的突突出出优优势势，其其应应用用已已经经发发展展到到了了几几乎乎涵涵盖盖所所有有的的网网络控制领域。络控
24、制领域。第14页/共113页4.1.3一个典型的工程实例一个典型的工程实例 目目前前的的汽汽车车电电子子信信息息产产品品已已经经平平均均占占到到汽汽车车总总成成本本的的1/31/3，并并且且这这个个比比率率正正在在不不断断被被提提高高，有有专专家家认认为为，未未来来1010年年内内，这这个个比比率率将将达达到到4040。中中高高级级轿轿车车、客客车车甚甚至至大大型型卡卡车车上上普普遍遍采采用用了了CANCAN总总线线，不不仅仅提提高高了了性性能能，节节省省大大量量电电缆缆，而而且且给给人人们们带来了更好的享受，提高了驾驭者的舒适程度。带来了更好的享受，提高了驾驭者的舒适程度。一一汽汽-大大众众
25、汽汽车车有有限限公公司司20012001年年1212月月上上市市的的宝宝来来（BoraBora）轿轿车车，在在动动力力传传动动系系统统和和舒舒适适系系统统中中就就装装用用了了两两套套CANCAN数数据据传传输系统，其中输系统，其中CANCAN数据传输舒适系统如数据传输舒适系统如图图4.14.1所示。所示。第15页/共113页接发电机底盘网络仪表单元M MM MM MM MM MM MM MM MM MM MM MM M前门单元车身中央控制单元空调单元前座单元顶窗单元前座单元左前门单元M MM MM M后门单元后门单元后座单元M MM M后窗单元MM MM MCANCANMLINLIN电机加热器
26、灯具控制面板图例：图图4-1 CAN4-1 CAN数据传输舒适系统数据传输舒适系统CANZONGXIANCANZONGXIAN第16页/共113页 图图上上较较粗粗线线代代表表CANCAN总总线线，它它连连接接了了传传动动装装置置控控制制中中央央单单元元、灯灯控控单单元元、门门控控单单元元、座座椅椅控控制制单单元元、空空调调单单元元以以及及仪仪表表盘盘控控制制单单元元等等等等。较较细细线线代代表表LINLIN总总线线，由由LINLIN总总线线构构成成的的LINLIN网网络络作作为为CANCAN网网络络的的辅辅助助网网络络，连连接接了了车车窗窗控控制制单单元元、雨雨刷控制单元、天窗控制单元等低速
27、设备。刷控制单元、天窗控制单元等低速设备。CANCAN数数据据传传输输舒舒适适系系统统网网络络与与动动力力传传动动系系统统网网络络通通过过网网桥桥相互通信。相互通信。LINLIN网络（网络（Local Interconnect NetworkLocal Interconnect Network），由汽车厂商），由汽车厂商为汽车开发，作为为汽车开发，作为CANCAN网络的辅助网络，目标应用在低端系统，网络的辅助网络，目标应用在低端系统，不需要不需要CANCAN的性能、带宽以及复杂性。的性能、带宽以及复杂性。LINLIN的工作方式是一主的工作方式是一主多从，单线双向低速传送数据（最高多从，单线双向
28、低速传送数据（最高20K20K位位/秒），与秒），与CANCAN相比相比具有更低的成本，且基于具有更低的成本，且基于UARTUART接口，无需硬件协议控制器，接口，无需硬件协议控制器，使系统成本更低。使系统成本更低。第17页/共113页4.2CAN的物理层的物理层 ISO 11898ISO 11898是一个使用是一个使用CANCAN总线协议的汽车内高速通讯国际标总线协议的汽车内高速通讯国际标准，这个标准的基本作用是定义了通讯链路的数据链路层和物准，这个标准的基本作用是定义了通讯链路的数据链路层和物理层，如理层，如图图4.24.2所示物理层被细分成所示物理层被细分成3 3个子层，它们分别是：个子
29、层，它们分别是：l l物理信令位编码定时和同步物理信令位编码定时和同步l l物理媒体连接驱动器和接收器特性物理媒体连接驱动器和接收器特性l l媒体相关接口总线连接器媒体相关接口总线连接器 收发器实现物理媒体连接子层。物理信令子层和数据链路层收发器实现物理媒体连接子层。物理信令子层和数据链路层之间的连接是通过集成的协议控制器实现的，如：之间的连接是通过集成的协议控制器实现的，如：PCx82C200PCx82C200、SJA1000SJA1000等。而媒体相关接口负责连接传输媒体譬如将总线节点等。而媒体相关接口负责连接传输媒体譬如将总线节点连接到总线的连接器，如：连接到总线的连接器，如：PCA82
30、C250PCA82C250、TJA1050TJA1050等收发器。等收发器。第18页/共113页图图4.2 ISO118984.2 ISO11898标准数据链路层和物理层结构图标准数据链路层和物理层结构图 第19页/共113页4.2 CAN4.2 CAN的物理层的物理层4.2.1 4.2.1 CANCAN的网络拓扑的网络拓扑4.2.2 4.2.2 CANCAN的媒体连接的媒体连接第20页/共113页4.2.1 CAN的网络的网络拓扑拓扑 CAN CAN以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分任意时刻主动
31、地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。其网络拓扑形式大多是总线型结主从，通信方式灵活。其网络拓扑形式大多是总线型结构，拓扑示意图见构，拓扑示意图见图图4.34.3。节点1 1节点2 2节点3 3节点4 4CANCAN总线总线图图4.3 CAN4.3 CAN的总线型网的总线型网CANCAN的网络拓扑的网络拓扑第21页/共113页4.2.2 CAN的物理媒体连接的物理媒体连接 CAN CAN总线物理层的物理媒体连接比较灵活，可以采用共地总线物理层的物理媒体连接比较灵活，可以采用共地的单线式（汽车常用）、双线式、同轴电缆、双绞线、光缆的单线式（汽车常用）、双线式、同轴电缆、双绞线、
32、光缆等，理论上节点数目没有限制，实际可达等，理论上节点数目没有限制，实际可达110110个。个。电子信号在总线上会被信号线终端反射回来，避免信号电子信号在总线上会被信号线终端反射回来，避免信号的反射对节点正确读取总线电压非常重要。在总线的两个终的反射对节点正确读取总线电压非常重要。在总线的两个终端加上终端电阻以终结总线，可以避免信号反射。端加上终端电阻以终结总线，可以避免信号反射。CANCAN总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。总线具有两种逻辑状态，隐性和显性。隐性状态下，隐性状态下，VCAN-HVCAN-H和和VCAN-LVCAN-L被固定为平均电压电平，被固定为平均电压电平，两者电压差为两者
33、电压差为0 0。显性状态下，显性状态下，VCAN-HVCAN-H和和VCAN-LVCAN-L分别为分别为3.5V3.5V和和1.5V1.5V，两者，两者差分电压大于差分电压大于2V2V。如。如图图4.44.4所示。所示。第22页/共113页隐性状态隐性状态显性状态图图4.4 4.4 根据根据ISO 11898 ISO 11898 的的额定额定总线电平总线电平第23页/共113页4.3 CAN协议规范协议规范4.3.1 基本术语基本术语4.3.2 CAN的报文及结构的报文及结构4.3.3 CAN的位仲裁技术的位仲裁技术第24页/共113页4.3CAN协议规范协议规范 1.CAN 1.CAN规范中
34、的对应规范中的对应ISO/OSIISO/OSI参考模型的网络层参考模型的网络层 CANCAN为为串串行行通通讯讯协协议议，能能有有效效地地支支持持具具有有很很高高安安全全等等级级的的分分布布实实时时控控制制。CANCAN的的应应用用范范围围很很广广，从从高高速速的的网网络络到到低低价价位位的的多多路路接接线线都都可可以以使使用用CANCAN。在在汽汽车车电电子子行行业业里里，使使用用CANCAN连连接接发发动动机机控控制制单单元元、传传感感器器、防防刹刹车车系系统统、等等等等，其其传传输输速速度度可可达达1Mbit/s1Mbit/s。同同时时，可可以以将将CANCAN安安装装在在卡卡车车本本体
35、体的的电电子子控控制制系系统统里里，诸诸如如车车灯灯组组、电电气气车车窗窗等等等等，用用以以代代替替接接线线配配线线装置。装置。技术规范的目的是为了在任何两个技术规范的目的是为了在任何两个CANCAN仪器之间建立兼容仪器之间建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如电气特性和数据转换性。可是，兼容性有不同的方面，比如电气特性和数据转换的解释。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据的解释。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据ISO/OSIISO/OSI参考模型，参考模型，CAN 2.0CAN 2.0规范细分为以下不同的层次：数据链路层规范细分为以下不同的层次：数据链路层和物理层和物理层(如如图
36、图4.54.5所示所示)。第25页/共113页接收滤波数据链路层逻辑链路控制子层(LLC)(LLC)超载通知恢复管理媒体访问控制子层（MACMAC）数据封装/拆装帧编码媒体访问管理错误检测出错标定应答串行化/解除串行化故障界定物理层 位编码/解码 位定时同步驱动器/接收器特性总线故障管理图4.5 CAN4.5 CAN协议分层结构和功能第26页/共113页 在在以以前前版版本本的的CANCAN规规范范中中，数数据据链链路路层层的的LLCLLC子子层层和和MACMAC子层的服务及功能分别被解释为子层的服务及功能分别被解释为“对象层对象层”和和“传输层传输层”。逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层(LL
37、C)(LLC)的作用范围如下：的作用范围如下：为远程数据请求以及数据传输提供服务。为远程数据请求以及数据传输提供服务。确定由实际要使用的确定由实际要使用的LLCLLC子层接收哪一个报文。子层接收哪一个报文。为恢复管理和过载通知提供手段。为恢复管理和过载通知提供手段。在这里，定义对象处理较为自由。在这里，定义对象处理较为自由。MACMAC子层的作用主要子层的作用主要是传送规则，也就是控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出是传送规则，也就是控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定、故障界定。总线上什么时候开始发送新报文及什么错标定、故障界定。总线上什么时候开始发送新报文及什么时候开始接收报文，均在时候
38、开始接收报文，均在MACMAC子层里确定。位定时的一些普子层里确定。位定时的一些普通功能也可以看作是通功能也可以看作是MACMAC子层的一部分。理所当然，子层的一部分。理所当然，MACMAC子层子层的修改是受到限制的。的修改是受到限制的。第27页/共113页 物物理理层层的的作作用用是是在在不不同同节节点点之之间间根根据据所所有有的的电电气气属属性性进进行行位位的的实实际际传传输输。同同一一网网络络的的物物理理层层对对于于所所有有的的节节点点当当然然是是相同的。尽管如此，在选择物理层方面还是很自由的。相同的。尽管如此，在选择物理层方面还是很自由的。这本技术规范的目的是定义数据链路层中这本技术规
39、范的目的是定义数据链路层中MACMAC子层和一小子层和一小部分部分LLCLLC子层，以及定义子层，以及定义CANCAN协议于周围各层当中所发挥的作协议于周围各层当中所发挥的作用）。用）。2 2基本概念基本概念 CANCAN具有以下的属性：具有以下的属性：报文的优先权报文的优先权 保证延迟时间保证延迟时间 设置灵活设置灵活 时间同步的多点接收时间同步的多点接收第28页/共113页 系统内数据的连贯性系统内数据的连贯性 多主机多主机 错误检测和错误标定错误检测和错误标定 只要总线一处于空闲，就自动将破坏的报文重新传输只要总线一处于空闲，就自动将破坏的报文重新传输 将节点的暂时性错误和永久性错误区分
40、开来，并且可以将节点的暂时性错误和永久性错误区分开来，并且可以自动关闭由自动关闭由OSIOSI参考模型分层参考模型分层CANCAN结构的错误的节点。结构的错误的节点。依据依据ISO/OSIISO/OSI参考模型的层结构具有以下功能参考模型的层结构具有以下功能:物理层定义信号是如何实际地传输的，因此涉及到位时物理层定义信号是如何实际地传输的，因此涉及到位时间、位编码、同步的解释。本技术规范没有定义物理层的驱间、位编码、同步的解释。本技术规范没有定义物理层的驱动器动器/接收器特性，以便允许根据它们的应用，对发送媒体接收器特性，以便允许根据它们的应用，对发送媒体和信号电平进行优化。和信号电平进行优化
41、。MAC MAC 子层是子层是CANCAN协议的核心。它把接收到的报文提供给协议的核心。它把接收到的报文提供给LLCLLC子层，并接收来自子层，并接收来自LLCLLC子层的报文。子层的报文。MACMAC子层负责报文子层负责报文第29页/共113页 分分帧帧、仲仲裁裁、应应答答、错错误误检检测测和和标标定定。MACMAC子子层层也也被被称称作作故故障障界界定定的的管管理理实实体体监监管管。此此故故障障界界定定为为自自检检机机制制，以便把永久故障和短时扰动区别开来。以便把永久故障和短时扰动区别开来。LLC LLC子层涉及报文滤波、过载通知、以及恢复管理。子层涉及报文滤波、过载通知、以及恢复管理。第
42、30页/共113页4.3.1基本术语基本术语 1 1报文报文 总总线线上上的的报报文文以以不不同同的的固固定定报报文文格格式式发发送送，但但长长度度受受限限。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。2 2信息路由信息路由 在在CAN CAN 系系统统里里，CAN CAN 的的节节点点不不使使用用任任何何关关于于系系统统配配置置的的报报文文（比比如如，节节点点地地址址）。这这样样不不用用依依赖赖应应用用层层以以及及任任何何节节点点软软件件和和硬硬件件的的改改变变，就就可可以以在在CAN CAN 网网络络中中直直接接添添加加节节点点。提提
43、高高系系统统灵灵活活性性。报报文文的的内内容容由由识识别别符符命命名名。识识别别符符不不指指出出报报文文的的目目的的地地，但但解解释释数数据据的的含含义义。因因此此，网网络络上上所所有有的的节节点点可可以以通通过过报报文文滤滤波波确确定定是是否否应应对对该该数数据据做做出出反反应应。由由于于引引入入了了报报文文滤滤波波的的概概念念，任任何何节节点点都都可可以以接接收收报报文文，并并与与此此同同时时对对此此报报文文做做出出反反应应。为为确确保保报报文文在在CAN CAN 网网络络里里同同时时被被所所有有的的节节点点接接收收（或或同同时时不不被被接接收收）。因因此此，系系统统的的数数据据连连贯贯性
44、性是是通通过过多多播播和和错错误误处处理的原理实现的。理的原理实现的。第31页/共113页 3 3位速率位速率 不不同同的的系系统统，CAN CAN 的的速速度度不不同同。在在一一个个给给定定的的系系统统里里，位位速率是唯一的，并且是固定的。速率是唯一的，并且是固定的。4 4优先权优先权 在总线访问期间，识别符定义一个静态的报文优先权。在总线访问期间，识别符定义一个静态的报文优先权。5 5远程数据请求远程数据请求 通通过过发发送送远远程程帧帧，需需要要数数据据的的节节点点可可以以请请求求另另一一节节点点发发送送相相应应的的数数据据帧帧。数数据据帧帧和和相相应应的的远远程程帧帧是是由由相相同同的
45、的识识别别符符命命名的。名的。6 6仲裁仲裁 只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。具有较只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。如果高优先权报文的单元可以获得总线访问权。如果2 2个或个或2 2个以个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。第32页/共113页仲裁的仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同识别机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。仲符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。仲裁期间，每一个发送
46、器都对发送位的电平与被监控的总线电平裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一送的是一“隐性隐性”电平而监视的是一电平而监视的是一“显性显性”电平（见总线值）电平（见总线值），那么单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。，那么单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。7 7错误检测错误检测 为为了了获获得得最最安安全全的的数数据据发发送送，CAN CAN 的的每每一一个个节节点点均均采采取取了了强强有力的措施以便于错误检测、错误标定及错误自检。有力的措施以便于错误检测、错误标定
47、及错误自检。要进行检测错误，必须采取以下措施：要进行检测错误，必须采取以下措施：监监视视（发发送送器器对对发发送送位位的的电电平平与与被被监监控控的的总总线线电电平平进进行行比较）比较）循环冗余检查循环冗余检查第33页/共113页 位填充位填充 报文格式检查报文格式检查 错误检测的执行错误检测的执行错误检测的机制要具有以下的属性：错误检测的机制要具有以下的属性：检测到所有的全局错误检测到所有的全局错误 检测到发送器所有的局部错误检测到发送器所有的局部错误 可以检测到报文里多达可以检测到报文里多达5 5个任意分布的错误个任意分布的错误 检测到报文里长度低于检测到报文里长度低于1515（位）的突发
48、性错误（位）的突发性错误 检测到报文里任一奇数个的错误检测到报文里任一奇数个的错误 错误标定和恢复时间错误标定和恢复时间 任何检测到错误的节点会标志出损坏的报文。此报文会失任何检测到错误的节点会标志出损坏的报文。此报文会失效并将自动地开始重新传送。如果不再出现错误的话，从检测效并将自动地开始重新传送。如果不再出现错误的话，从检测第34页/共113页到到错错误误的的节节点点会会标标志志出出损损坏坏的的报报文文。此此报报文文会会失失效效并并将将自自动动地地开开始始重重新新传传送送。如如果果不不再再出出现现错错误误的的话话，从从检检测测到到错错误误到到下下一一报文的传送开始为止，恢复时间最多为报文的
49、传送开始为止，恢复时间最多为3131个位的时间。个位的时间。8 8故障界定故障界定 CAN CAN 节节点点能能够够把把永永久久故故障障和和短短暂暂扰扰动动区区别别开开来来。故故障障的的节节点会被关闭。点会被关闭。9 9总线值总线值 总总线线有有二二个个互互补补的的逻逻辑辑值值：“显显性性”或或“隐隐性性”。“显显性性”位位和和“隐隐性性”位位同同时时传传送送时时，总总线线的的结结果果值值为为“显显性性”。比比如如，在在总总线线的的“写写与与”执执行行时时，逻逻辑辑0 0代代表表“显显性性”等等级级，逻逻辑辑1 1代表代表“隐性隐性”等级。等级。1010应答应答 所所有有的的接接收收器器检检查
50、查报报文文的的连连贯贯性性。对对于于连连贯贯的的报报文文，接接收收器应答，对于不连贯的报文，接收器作出标志。器应答，对于不连贯的报文，接收器作出标志。第35页/共113页4.3.2CAN的报文及结构的报文及结构 在在总总线线上上的的任任意意节节点点均均可可以以作作为为发发送送器器或或接接收收器器，那那么么我我们们就就将将发发出出报报文文的的节节点点叫叫发发送送器器，该该节节点点在在总总线线空空闲闲或或丢丢失失仲仲裁裁前前始始终终为为发发送送器器。如如果果一一个个节节点点不不是是发发送送器器，且且总总线线不不是是处处于于空空闲闲状状态态，则则该该节节点点就就叫叫接接收收器器。报报文文由由一一个个