帧是

LIN

总线上传输消息的基本形式，一个帧由帧头（

Header

）和应答（

Response

）两

部分构成，其结构如图

2.2 

所示。主机任务根据进度表的调度，发出帧头。从机任务通

过解析帧头，如果解析的标识符为从机所需标识符，则从机发送应答，即消息的实质内

容及效验和数据。

帧是

LIN

总线上传输消息的基本形式，一个帧由帧头（

Header

）和应答（

Response

）两

部分构成，其结构如图

2.2 

所示。主机任务根据进度表的调度，发出帧头。从机任务通

过解析帧头，如果解析的标识符为从机所需标识符，则从机发送应答，即消息的实质内

容及效验和数据。

帧是

LIN

总线上传输消息的基本形式，一个帧由帧头（

Header

）和应答（

Response

）两

部分构成，其结构如图

2.2 

所示。主机任务根据进度表的调度，发出帧头。从机任务通

过解析帧头，如果解析的标识符为从机所需标识符，则从机发送应答，即消息的实质内

容及效验和数据。

帧是

LIN

总线上传输消息的基本形式，一个帧由帧头（

Header

）和应答（

Response

）两

部分构成，其结构如图

2.2 

所示。主机任务根据进度表的调度，发出帧头。从机任务通

过解析帧头，如果解析的标识符为从机所需标识符，则从机发送应答，即消息的实质内

容及效验和数据。

4.4  汽CAN总线系统的单片机节点控制

    4.4.1 CAN的分层结构

1.CAN的分层结构
    CAN遵从OSI模型，按照OSI标准模型，CAN结构划分为两层：数据链路层和物理层。
而数据链路层又包括逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC,而在CAN技术规范出2.0A的版本中，数据链路层的LLC和MAC子层的服务和功能被描述为“目标层”和“传送层”。CAN的分层结构和功能如图4-16所示。

 

 

图7-16 CAN的分层结构和功能

     CAN物理层中，PLS(Phys-ical Signaling)子层的功能主要由CAN控制芯片完成，PMA(Physical Medium Attachment)子层的功能主要由CAN发送器/接收器电路完成，MDI( Medium Dependent Interface)子层主要定义了电缆和连接器的特性。目前，很多支持CAN的微控制器内部嵌人了CAN控制器和发送/接收电路。PMA和MDI两层有很多不同的国际或国家或行业的实施标准，也可以自行定义，目前有IS011898定义的高速CAN发送/接收器标准。
    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子层接收的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息。在定义目标处理时，存在许多灵活性。MAC子层的功能主要是传送规则，亦即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。MAC子层也要确定，为开始一次新的发送，总线是否开放或者是否马上开始接收。位定时特性也是MAC子层的一部分。MAC子层特性不存在修改的灵活性。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。自然，在一个网络内，物理层的所有节点必须是相同的，然而，在选择物理层时存在很大的灵活性。
    CAN技术规范2.0B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。物理层定义信号怎样进行发送，因而，涉及位定时、位编码和同步的描述。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、错误检测和标定。MAC子层由称为故障界定的一个管理实体监控，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。

2.报文传送和帧结构
在进行数据传送时，发出报文的单元称为该报文的发送器。该单元在总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器。如果一个单元不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该单元为接收器。
    对于报文发送器和接收器，报文的实际有效时刻是不同的。对于发送器而言，如果直到
帧结束末尾一直未出错，则对于发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先权顺序自
动重发。为了能同其他报文进行总线访问竟争，总线一旦空闲，重发送立即开始。对于接收
器而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，则对于接收器报文有效。
    构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插人个补码位。数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充，错误帧和超载帧同样是固定格式，也不进行位填充。位填充方法如表4-17所示。

未填充位流	100000xyz	011111xyz
填充位流	1000001xyz	0111110xyz

表4-17位填充方法

 

其中：xyz∈{0,1}
    报文中的位流按照非归零(NRZ)码方法编码，这意味着一个完整的位电平要么是显性，
要么是隐性。
    报文传送由4种不同类型的帧表示和控制数据帧携带数据由发送器至接收器远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。
    数据帧和远程帧借助帧间空间与当前帧分开。
(1)数据帧数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。
    在CAN2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识
符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称为扩展帧。
    (2)远程帧激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数
据的发送。远程帧由6个不同分位场组成帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和
帧结朿。
    同数据帧相反，远程帧的RTR位是隐性位。远程帧不存在数据场。DLC的数据值是没
有意义的，它可以是0～8中的任何数值。
    (3)错误帧错误帧由两个不同场组成，第一个场由来自各帧的错误标志叠加得到，
后随的第二个场是错误界定符。
   (4)过载帧过载帧包括两个位场超载标志和过载界定符。
   (5)帧间空间数据帧和远程帧同前面的帧相同，不管是何种帧均以称之为帧间空间的位场分开。相反，在超载帧和出错帧前面没有帧1司空间，并且多个超载帧前面也不被帧间空间分隔。

    3.CAN协议的特点
    (1)具有错误检测、通告和还原功能
    1)所有节点都可以检测错误(错误检测功能)；当检测出错误时，该节点立即向其他节点
发送出错的通知(错误通告功能)当发送信息的节点检测出错误时，其发送状态将被强制结朿。被强制结束的节点会再反复传送信息，直到其信息可以正确传送为止(错误还原功能)。
    2)CAN协议的媒体访问控制层MAC( media access control)具有检测总线、填充规则校验、帧校验、CRC(Cyclic redundancy check)循环冗余校验和应答检测等错误检测功能，可保证数据出错率极低。错误严重的CAN节点能自动切断该节点与总线连接，避免对总线上其他节点造成影响。
    (2)具有错误界定与处理功能
    l)CAN总线出现的错误分为总线上的数据临时产生的错误(外部干扰引起)与总线上的数据连续产生的错误(节点内部错误，驱动产生故障以及总线断线、搭铁等引起的故障)。CAN控制器具有判别错误种类的功能。当总线上的数据连续产生错误时，CAN控制器能自动切断该节点与总线连接，避免对总线上其他节点造成影响。
    2)CAN控制器内部设有出错计数器，根据出错是本地的还是全局的，计数器决定加1
还是加8。每当收到信息时，该计数器中的数值就会增加或减少。如果每次收到的信息正
确，则计数器减1；如果信息出现本地错误，则计数器加8；如果信息出现整个网络错误，
则计数器加1；通过查询出错计数器中的数值就可以知道网络通信质量。
    3)出错计数器的计数方式能够确保单个故障节点不会阻塞整个CAN网络。如果某个节点出现本地错误，其计数值将很快达到96.127或255。当计数值达到96时，出错计数器向CAN控制器发出中断，提示当前通信质量差当计数值达到127时，该节点假定其处在"被动出错状态。，即继续接收信息，停止要求对方重发信息；当计数值达到255时，该节
点脱离总线不再工作，只有硬件复位后，才能恢复工作状态。

4.4.2 CAN控制器局域网

    1.控制器局域网的连接
    1)CAN总线与CPU之间的接口电路通常包括CAN控制器和CAN收发器(图4-18)。

 

图4-18 CAN总线与CPU之间的接口电路

 

    2)动力与传动系统的控制器采用C类高速CAN总线连接，传输速度可达500kbit/s,
以实现高速实时控制。
    3)车身控制系统的控制器采用低数据传输速率的B类cAN网络连接，传输速度可达
125kbit/s。
    4)各电控单元之间依据CAN通信协议互相通信，从而完成各种数据的交换。在中央控
制电子组件(CEM)中，CAN控制器有双通道(CRX0.CTXO通道CRX1.CTX1通道)的CAN接口，经过CAN收发器分别与高速(500kbit/s)CAN总线和低速CAN总线连接，各电控单元通过CAN总线与CAN收发器相互交换数据。
     5)在汽车内部网络中，CAN总线是由2根线CAN-H( CAN High或CAN+)CAN-L(CAN
Low或CAN-)构成，在一些高档轿车的控制器局域网中设有第3条CAN总线，用于卫星导
航和智能通信系统。
    ①CAN控制器根据2根总线的电位差(由于每根总线受到的外来干扰是相同的，故其差
值不受影响，这种总线有很强的抗干扰能力)来判定总线的电平。
    ②总线电平分为显性电平与隐性电平。
    显性电平逻辑“0”电平，有电流通过电阻隐性电平逻辑“1”电平，没有电流通过电阻。
    总线上的接收节点，在CAN-HIGH与CAN-LOW的差值小于0.5V时，认为总线是隐性状态；如果CAN-HH与CAN-LOW的差值大于0.9V时，认为总线是显性状态，图4-19所示是总线状态的一个例子。

 

 

图4-19  显性与隐形状态

    ③CAN-BUS的收发器如图4-20所示，使用一个电路进行控制，这样也就图7-19显性与隐性状态是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。

图4-20 CAN-BUS收发器

    逻辑“1”所有控制器的开关断开总线电平为5V或3.5V； CAN-BUS未通信。
    逻辑“0”某一控制器闭合总线电平为OV；CAN-BUS进行通信。
    当用2个以上的控制器连接在CAN-BUS总线上，采用线与逻辑如下：

①任何开关闭合，总线上的电压为OV,只要任何一个控制器激活，则总线激活的总线
称为显性电平。
    ②所有开关断开，总线上的电压为5V,所有控制器关闭，总线处于未激活状态，未激
活的总线电平称为隐性电平。
   ③与总线相连的所有节点都可以发送信息，发送信息的节点通过改变所连总线的电平就可将信息发送到接收节点。在两个节点同时发送信息的情况下，具有优先最高信息的节点获得发送权，其他节点转为信息接收状态。

    2.控制器局域网通信速率的设定
    控制器局域网的种类繁多，网络种类不同，其形式、功能和通信速率也不相同。
    (1)汽车动力与传动系统通信速率的设定汽车动力与传动系统的控制器包括发动机电子控制系统(EEC)、电子控制自动变速器(ECT)、防抱死制动系统(ABS)、电子调节悬架系统(EMS)、车轮防滑转控制系统(ASR)、电子控制制动力分配系统(E8D)、电子控制制动辅助系统(EBA)、动态稳定控制系统(DSC)和巡航控制系统(CCS)等。由于汽车动力与传动系统控制的对象与汽车行驶或发动机转速直接相关，要求有很好的实时性，其控制器局域网采用C类网络。
    (2)汽车车身控制系统通信速率的设定汽车车身控制系统包括座椅安装位置调节系统(SPC)、中央门锁控制系统(CLC)、自动空调系统(ACS)和天窗控制系统(TWC)等，这些系统一般以低速率进行通信，可选用B类总线。
    (3)CAN总线用于汽车车身控制系统的连接连接时，一般采用容错式总线，即总线内置容错功能。汽车内部CAN总线是由两根线(CAN-H.CAN-L)构成，采用双线串行通信方式传输数据，当2条总线中的1条出现断路或短接而搭铁时，网络可切换到1线工作方式。CAN要求通信协议从2线切换至1线工作期间不丢失数据位，为此其物理层芯片比动力传动系统更复杂，数据传输速度较低(125kbit/s)，此类总线由于成本较高逐渐被低成本的LIN代替。

4.4.3 CAN芯片

    1.CAN控制器SJA1000
    SJA1000是Philips公司生产的适合汽车环境和～般工业系统环境的独立CAN控制器，是PCA82 C200( Philips公司早期生产的一种支持基本CAN的独立控制器芯片)的换代产品，它的软件和硬件与PCA82 C200兼容。SJA1000支持CAN2.0B,而且具有一些新的特性，应用非常广泛，是比较典型的独立CAN控制器。
    SJA1000有两种操作模式：基本CAN模式(与PCA82C200完全兼容)和具有很多扩展功能的PeliCAN模式。

(1)SJA1000的基本特性SJA1000具有以下基本特性：
    1)引脚与独立CAN控制器PCA82C200兼容。
    2)电气指标兼容PCA82 C200.
    3)具有与PCA82C200兼容的软件模式。
    4)扩展了的接收缓冲器(64B的FIFO)。
    5)支持CAN2.0B标准。
    6)支持11位标准标识符格式和29位扩展的标识符格式。
    7)传输速度可达1Mbit/s.
    8)PeIICAN模式功能扩展
  ——可编程设置故障报警错误计数上限
     ——最新故障码登记
     一一每一个CAN总线错误都可触发中断
    ——具有位置描述(在哪一位上丧失仲裁)的仲裁丧失中断
    ——具有非重发发送方式
    一一具有只听模式(Listen Mode，只监听总线，不作响应)
    ——支持热接插(软件驱动的位速率检测)功能
    ——扩展的接收过滤(4B编码，4B屏蔽码)
    ——具有接收自身发送的信息功能
    9)24MHz时钟频率。
   10)支持多种微控制器接口模式。

11)CAN输出驱动配置可编程。
    12)适应汽车使用环境温度-40～125℃。
    (2)SJA1000的硬件结构
    如图4-21所示，SJA1000由接口管理逻辑、发送缓冲寄存器、接收缓冲寄存器、接收过滤器、位流处理器、位定时逻辑和错误处理逻辑七个主要功能模块和复位、时钟电路构成。

1）CPU接口逻辑管理这部分逻辑电路是SJA1000与CPU之间的总线接口。他的功能是解释CPU的命令，实现CAN寄存器的寻址，向CPU提供中断信息和和CAN控制器状态信息。

 

图4-21  SJA1000的硬件结构

    2)发送缓冲寄存器(TXB,Transmit Buffer)。发送缓冲寄存器是CPU与位流处理器(BSP)之间的接口。它可以存储要通过CAN发送的整个信息。这个缓冲寄存器为13B,由CPU写人，由位流处理器读出。
    3)接收缓冲寄存器(RXB,Receive Buffer)。接收缓冲寄存器是接收过滤器和CPU之间
的接口。它用于存储从CAN总线上接收的信息，是CPU访问接收先进先出存储器(RXFIFO)的一个13字节长的窗口。SJA1000的RXFIFO存储区共有64B.由于这64B存储区的缓存作用，CPU在处理一个信息时，田A1000可以接收其他的信息。
    4)接收过滤器(ACF,Acceptance Filter)。接收过滤器通过把接收信息的标识符与接收
过滤器寄存器的内容进行比较，决定是否接受这个信息，通过过滤的整个信息被接收并存人
RXFIFO 中。
    5)位流处理器(BSP,Bit Stream Processor)。位流处理器完成信息位流在发送缓冲寄存器、RXFIFO和CAN总线之间的传送控制。在控制传送的过程中，还完成错误检测、优先权仲裁、位填充和在CAN总线上发布错误信令等功能。
    6)位定时逻辑(BTL,Bit Timing Logic)。位定时逻辑监控CAN总线和完成总线相关的定时功能。它通过总线状态由"隐性。到。显性。的变化进行信息启动传送的同步(硬同步)，在传送过程中调节位时间关系以保持同步(软同步)。位定时逻辑具有对位时间段编程的功能，以补偿或调节位传送中的延迟或相移，确保在正确的时间采样总线状态。
    7)错误处理逻辑(EML,Err·r Management Logic)。错误处理逻辑完成传输层的错误处理。
它接收位流处理器传来的错误消息，然后向位流处理器和上层错误处理逻辑发出错误状态。
    (3)SJA1000的封装与引脚引脚功能定义见表4-22.SJA1000引脚排列与名称如图4-23所示。

 

表4-22  SJA1000的引脚功能

 

2.CAN总线驱动器TJA1050
    (1)总述
    TJA1050是控制器区域网络(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口。JTA1050可以为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。

TJA1050是PCA82C250高速CAN收发器的后继产品。TJA1050在以下方面作了重要的改进：

l  CAN-H和CAN-L理想配合，使电磁辐射减到更低

l 在有不上电节点时，性能有所改进

TJA1050的主要特征如下：

l 与ISO 11898标准完全兼容

l 速度高(最高可达IMB)

l 低电磁辐射(EME)

l 具带有宽输人范围的差动接收器，可抗电磁干扰(EMI)

l 没有上电的节点不会对总线造成干扰

l 发送数据(TXD)控制超时功能

l 发送禁能时的静音模式

l 在暂态时自动对总线引脚进行保护

l 输人级与3.3V装置兼容

l 热保护

l 对电源和地的防短路功能

l 可以连接至少110个节点

 

 

图4-23 SJA1000引脚排列与名称

(2)TJA1050功能框图

   TJA1050的功能框图如图4-24所示，其各引脚功能如表4-25所示。TJA1050的引脚排列与名称如图4-26.

图4-24 TJA1050的功能框图
表4-25  TJA1050的引脚功能表

围7-26 TJA1050的引脚特列与名称

    利用TJA1050还可以方便地在CAN控制器与驱动器之间建立光电隔离，以实现总线上各节点之间的电气隔离
    在控制器局域网中，只要将独立CAN控制器和TJA1050总线接口作为外国器件与原有的微控制器连接在一起(图7-27)，重新设置控制命令参数，即可组成网络节点挂接到总线上。集成了SJA1000的网络节点内部逻辑，系统中传输介质选用价格低廉、安装方便的双绞线，也可选用性能更高的塑料光纤。

 

图7-27 CAN节点与总线互联结构图