CAN 协议通信格式

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1、CAN协议通信格式CA N协议通信格式中有四种帧格式：数据帧、 远程帧、出错帧和超载帧。其中断帧和远程帧的发 送需要在CPU控制下进行，而出错帧和超载帧的 发送则是在错误发生或超载时自动进行的。数据 帧结构如图1所示。个完整的数据帧格式，除了仲裁场、控制场、 数据场外都是CAN控制器发送数据时自动加上去 的，而仲裁场、控制场、数据场则必须由CPU控制 给出。用SJA 1000时，写出发送缓 冲器 的TX ID0、 TX ID 1即设定了相应的仲裁场和控制场。TX ID0 即为仲裁场的高8位，TX ID 1的高3位为仲裁场的 低3位，组成共11位的仲裁场。TX ID 1的第5位 为RTR位，即远

2、程请求位。其在数据帧中为“ 0” ； TX D 1低4位标示数据场所含字节数的多少，称为 D LC o R TR和D LC共同构成控制场。发送的数据 组成数据场，最多不超过8个字节。远程帧和数据 帧的形式差别在于没有数据场。除此之外，在远程 帧中RTR位必须置“1” ，表示请求数据源节点向它 的目的节点（即发送远程帧的节点）发送数据。源 节点接收到该帧后，把要发磅数据用帧发给目的节 点，完成数据请求。CR C场与A CK场都是在低层 次上为提高传输的可靠性而自动进行的。任何帧 与帧之间是帧间空间。帧起始l f中裁场 制场1数据场I CRC场l AcK场1帧结 图1数据帧结构3o 3 CA N总

3、线系统的构成 从原理和实现的角度，只要有两个CA N节点 和将它们连接成一体的通信媒体就可以构成一个 CA N总线系统，这两个节点之间通过通信媒体交 换信息。而由CA N总线构成的控制网络的结构一 般由控制器节点、传感器节点、执行器节点以及其 他的监控节点如人机界组成，CAN作为控制局域 网还可以通过网关和其他网络如以太网互联构成 维普资讯 170杨春英：CA N现场总线系统设计技术及实现总第160期 大型复杂的控制网络结构，如图2所示。图2 CA N总线控制网络结构图4 CA N接口模块的设计RCA N接口模块是实现上位机系统和CA N总 线的连接接口，它的作用和以太网卡相同。CAN 接口模

4、块的设计选用CA N专业芯片一 CA N网络控制器。CA N网络控制器具有完成CA N通信协 议所要求的物理层和数据链路层的几乎所有功能。 C AN网络控制器芯片发展至今，已有多个厂家的 各种类型的产品。按照控制器芯片的功能来分，既 有独立 的CA N控制器芯片，如Philips的SJA 1000， 又有集成到微控制器中的控制芯片，这样的芯片中 有8位控制器芯片，如Phil ips的P8X C59X系列芯 片，16位控制器芯片，如M otorola的68H C912系列 以及32位微控制器芯片，如M otorol a的M C6837X 系列芯片和带有CA N的DSP芯片，如TI的 TM S32

5、0LF24系列 芯片。下 面就 以SJA 1000为例 介绍CA N接口模块的设计。4.1 SJA 1000 简介SJA 1000是一种I/ O设备基于内存编址的微 控制器。双设备 的独立操作是通过象R A M 一样 的片内寄存器修正来实现的。在BASIC CAN模式 下SJA 1000的寄存器结构及地址分配见表2。 表2 SJA IO00的寄存器结构及地址分配表 SJA 1000有两种不同的工作模式：复位模式和 工作模式，在不同模式下访问寄存器是不同的。 CA N控制器工作模式的设定、数据的发送和接收 等都是通过这些寄存器来实现的。时钟分频寄存 器0 CR用于设定SJA 1000工作于BA

6、SIC CA N还 是PeliCA N，还用于CLK O UT引脚输出时钟频率的 设定，在上电初始化控制器时必须首先设定。通 常，在系统初始化时，先使C R . 0 = 1， SJA 1000进入 复位模式。在此模式下IR、A CR、A M R、BTR 0、 BTR 1及O CR均可读可写，此时设置相应的初始 值。当退出复位模式时，SJA1000即按复位时设定 的相应情况工作于工作模式，除非再次使芯片复 位，否则上次设定的值不变。当需要发送信息时， 若发送缓冲器空闲，由CPU控制信息写入TXB，再 由CM R控制发送；当接收缓冲器RX FIF O未满且 接收信息通过了 A SP，则接收到的信息

7、被写入 FIFO。读取接收到的信息有两种办法。一种方法 是，在中断被使能的情况下，由SJA1000向CPU发 中断信号，CPU通过SR及IR可以识别该中断，并 读取数据释放接收缓冲器；另一种方法是直接读取SR，查询RX FIF O的状态，当有信息接收时，读取该 信息并释放接收缓冲器。当接收缓冲器中有多条 信息时，当前的信息被读取后，接收缓冲器中有多 条信息时，当前的信息被读取后，接收缓冲器有效 信号会再次有效，通过中断方式或查询方式可以再 次读取信息，直到RX FIF O中的信息被全部读出为止。当RXFI F O已满，如还有信息被接收，此信息不被保存，且发出相应的缓冲器溢出信号供C PU 读取

8、处理。4.2原理框图CA N控制器接口芯片采用Phihips公司生产的PCA 82C250 ,它是CA N总线控制器和物理总线 的接口，可以提供对CA N总线的差动发送和接受 能力，具有抗瞬间干扰、保护总线的能力，可以通过 调整CAN总线上通讯脉冲边沿斜率来降低射频干 扰。其原理框图如图3所示。维普资讯 2007年第4期舰船电子工程171图3 CA N接口模块的原理框图在该设计中的关键是要完成计算机总线地址/现场总线作为过程自动化、制造自动化、楼宇、数据分开与SJA 1000地址/数据复用的转换，方法 交通等领域现场智能设备之间的 互联通信网络，沟之一是把数据线作为CA N控制器的数据地址复用

9、通了生产过程现场控制设备之间及其 与更高管理线，用A 0作为地址、数据选 择线。CA N总线的 层网络之间的联系。目前国 际上存在的多种现场CA N H、CAN L与地之间并联了两个30P的小电容，总线，有各自的组织、标 准、芯片和应用领域。但还 可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁 有的应用领 辐射的能力。另外在两根CA N总线接入端与地之 系统的实际情 问分别反接了一个保护二级管，当CAN总线有较 适合自身的现 高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过 时也使我们的 压保护作用。82C250的RS脚上接有一个斜率电没有一种现场总线能够完全适用于所域。因此应用层的用户要根据自身况、工程的具体要求和经济实力选择场总线，使其能充分地发挥长处，同工作达到最好的效果。阻，电阻大小可根据总线通讯速度适当调整，一般 在16K140K之间。为进一步提高抗干扰能力， 在SJA 1000和82C250之问加接光 电隔离，电源采 用DC D C变换器。在复位电路设计中，考虑到便 于电路调试和处理整体运行时出现的问题的需要， 采用三种复位方式，即上电复位、手动复位（调试