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构建CAN-bus应用层协议你需要了解这些内容
日期:2019-08-30  人气:24
构建CAN-bus应用层协议你需要了解这些内容

定义

CAN 是Controller Area Network 的缩写(以下称为CAN),是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,1986 年德国嘉兴干式变压器商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后,CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化,在欧洲已是汽车网络的标准协议。

原理

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络。是应用在现场、在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通讯系统,是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 CAN协议建立在ISO/OSI模型之上,其模型结构有三层。协议分为Can2.0A, CAN2.0B,CANopen几种。

CAN-BUS即CAN总线技术,全称为“控制器局域网总线技术(ControllerAreaNetwork-BUS)”。CAN总线的通讯介质可采用双绞线,同轴电缆和光导纤维。通讯距离与波持率有关,最大通讯距离可达10km,最大通讯波持率可达1Mdps。CAN总线仲裁采用11位标识和非破坏性位仲裁总线结构机制,可以确定数据块的优先级,保证在网络节点冲突时最高优先级节点不需要冲突等待。CAN总线采用了多主竞争式总线结构,具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次,因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证,技术比较成熟,控制的芯片已经商品化,性价比高,特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。

应用

广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

规则

在CAN-bus网络上,CAN报文以广播的形式发送,CAN报文不包含地址信息,是否处理接收到的CAN报文由接收点的软件确定。CAN-bus只提供可靠的报文传输服务,CAN报文的使用由应用者定义, 所以CAN网络中的节点要相互通信就必须制定一个统一的规则。CAN应用层协议就是这样一个规则。

这个规则,定义了CAN报文中帧ID及帧数据的使用方式,如将帧ID定义为需要处理该帧数据的CAN节点地址等。根据应用场合的不同,国际上出现了多种CAN应用层协议,常见的CAN-bus应用层协议如下:


关键技术问题

总线传输信息的速度、容量、优先等级、节点容量等;

高电磁干扰环境下的可靠数据传输;

最大传输距离时延时大小的确定;

网络的容错技术;

网络的监控和故障诊断功能。

CAN-bus总线特性

CAN-bus网络传输速度最高可达1Mbps,并采用无损仲裁,通过报文标识符指示报文优先级;

CAN-bus采用差分信号传输,并采用可靠的数据校验和错误检测机制;

CAN-bus采用帧传输,每个报文允许传输最多8个字节,帧结构有严格规定,能够确定最大传输延时;

CAN-bus具有可靠的错误机制和检测机制,发送的信息遭到破坏后可以重新发送;节点在错误严重的情况下,具有自动退出总线的功能;

可以通过制定严禁的CAN-bus应用层协议解决网络监控和诊断。

测试工具

CAN总线多用于工控和汽车领域,在CAN总线的开发测试阶段,需要对其拓扑结构,节点功能,网路整合等进行开发测试,需要虚拟、半虚拟、全实物仿真测试平台,并且必须测试各节点是否符合ISO11898中规定的错误响应机制等,所以CAN总线的开发需要专业的开发测试工具,并且在生产阶段也需要一批简单易用的生产线测试工具。CAN总线开发测试工具的主要供应商有ZLG、Passion IXXAT、IHR、Vector、Intrepidcs、Passion Warwick、LAIKE等。常用的开发测试工具如CANScope、CANalyst-II、Passiontech DiagRA、canAnalyser、X-Analyser、AutoCAN、CANspider,LAIKE CANTest等。

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