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CAN全稱(chēng)為“ControllerAreaNetwork”，簡(jiǎn)稱(chēng)CAN，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。在當前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、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被開(kāi)發(fā)出來(lái)。出于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線(xiàn)構成的情況復雜、線(xiàn)束數量增加。為了適應“減少線(xiàn)束的數量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數據的高速通信”的需求，1986年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)IS011898及IS0 11519進(jìn)行了標準化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認同，并廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫療設備、工業(yè)設備等方面。 CAN總線(xiàn)的特點(diǎn) 1、CAN是一種多主總線(xiàn)，即每個(gè)節點(diǎn)機均可成為主機，他們之間都可進(jìn)行通信。 2、硬件方面，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1mb/s。 3、CAN總線(xiàn)通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。 4、CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，改為從通信數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進(jìn)制數組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數據塊，這種數據塊編碼方式，還可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要。 5、數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。 6、CAN協(xié)議采用了crc檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN總線(xiàn)所具有的極高的可靠性和獨特設計，特別適合工業(yè)設各測控單元互連。工業(yè)界的地位不可小覷，并已公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。 CAN總線(xiàn)的工作原理 CAN總線(xiàn)使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線(xiàn)上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線(xiàn)上總線(xiàn)協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線(xiàn)的許多細節很類(lèi)似，但也有一些明顯的區別。 當CAN總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)（站）發(fā)送數據時(shí)，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)。對每個(gè)節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所有數據均進(jìn)行了接收。每組報文開(kāi)頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱(chēng)為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個(gè)站同時(shí)競爭總線(xiàn)讀取時(shí)，這種配置十分重要。 當一個(gè)站要向其它站發(fā)送數據時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線(xiàn)分配時(shí)，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數據根據協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進(jìn)行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 由于CAN總線(xiàn)是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進(jìn)行配置。所以在CAN總線(xiàn)中加進(jìn)一些新站非常便利且無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時(shí)，數據傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線(xiàn)上控制器需要測量數據時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨立的傳感器。 CAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn) 1、高性能：具有實(shí)時(shí)性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點(diǎn)； 2、抗干擾：采用雙線(xiàn)串行通信方式，糾錯能力強，可在高噪聲多干擾環(huán)境中工作； 3、高集成：具有優(yōu)先權和仲裁功能，可實(shí)現多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器集合到CAN-bus 上，從而形成多主機局部網(wǎng)絡(luò )； 4、可控性：可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文； 5、驗證與糾錯：可靠的錯誤處理和檢錯機制； 6、修復能力：發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)； 7、智能化：節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能； 8、安全性：報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級信息。 CAN總線(xiàn)缺點(diǎn) 1、可能出現的數據不一致性 2、可能出現的不可預估錯誤 3、信道堵塞情況 CAN總線(xiàn)的應用 1.樓宇自動(dòng)化 在樓宇自動(dòng)化中，現代的建筑安裝系統（通風(fēng)、照明、安全、監控）越來(lái)越多地建立在CAN總線(xiàn)系統上，通過(guò)其現實(shí)開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、照明設備、其他執行器和多控制系統之間的數據交換，實(shí)現建筑中各操作單元之間的協(xié)作，并對各單元不斷變化的狀態(tài)實(shí)時(shí)控制。 2.安全監控 在當前的各種監控系統中，普遍存在可靠性、實(shí)時(shí)性不高，分站缺乏統一規范等缺點(diǎn)，不能夠很好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監控的要求。CAN總線(xiàn)由于具有高數據傳輸率、完善的規范和協(xié)議、高實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性等，可很好解決上述各種問(wèn)題。多應用如：水電站高邊坡監控系統、大型遠程高邊坡監控網(wǎng)絡(luò )、輥道陶瓷窖等監控系統。 3.汽車(chē)工業(yè) 在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通信，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間進(jìn)行信息交換，并形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。如：汽車(chē)動(dòng)力系統、制動(dòng)控制系統、變速箱控制器、儀表、車(chē)載網(wǎng)絡(luò )、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。其應用使汽車(chē)的安全性、舒適性、動(dòng)力性等性能更智能現代化�，F在CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫療設備、工業(yè)設備等方面，CAN總線(xiàn)在當今自動(dòng)化領(lǐng)域成長(cháng)迅速、被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)絡(luò )。它實(shí)現了分布式控制系統對象各節點(diǎn)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠的數據通信。 |
