2 CAN總線通信協(xié)議的硬件基礎

　　CAN總線協(xié)議描述了信息在設備之間的傳遞規(guī)則，它對層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI一致，CAN被分為應用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層3層，各層之間互相透明，每一層只與另一設備上相同的那一層通訊，實際的通訊是發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層之間，而各個設備只通過物理層的通信介質(zhì)連接在一起。

　　CAN總線規(guī)范定義了模型的最下面的兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN總線驅(qū)動器和通信介質(zhì)則實現(xiàn)了物理層的主要功能。CAN總線控制器實現(xiàn)了總線協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸任務。常用的CAN總線驅(qū)動器有PHILIPS公司的PCA82C250，總線控制器是SJAl000，通信介質(zhì)是雙絞線或同軸電纜。

　　2．1 總線驅(qū)動器PCA82C250的工作原理

　　PCA82C250是CAN總線控制器與物理導線之間的接口，該驅(qū)動器可以提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。PCA82C250的驅(qū)動部分由1 個PNP的極管和1個NPN的三極管組成。這2個三極管根據(jù)TXD的信號導通或截止。當TXD=0時，2個三極管處于導通狀態(tài)時，總線上顯示為顯性電平。當TXD=1時，2個三極管處于截止狀態(tài)，總線上顯示為隱性電平，此時驅(qū)動器對總線的影響很小。因此，如果存在其他節(jié)點發(fā)送顯性電平，則總線的電平狀態(tài)就是顯性，只有所有的驅(qū)動器都發(fā)送隱性電平，總線的電平狀態(tài)才是隱性。實現(xiàn)了CAN總線物理層的線與功能。PCA82C250功能圖，如圖2所示。

　　2．2 基于線與功能多節(jié)點仲裁過程

　　通信節(jié)點訪問總線，對總線上信號進行檢測，只有當總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送。當總線上有多個節(jié)點同時進行發(fā)送時，必須通過“無損的逐位仲裁”方法來使有最高優(yōu)先權(quán)的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有惟一的11位或29位ID。CAN總線的狀態(tài)取決于二進制數(shù)‘O’而不是 ‘1’，所以ID號越小，該報文擁有越高的優(yōu)先權(quán)。因此一個為全‘0’標志符的報文具有總線上的最高級優(yōu)先權(quán)。多節(jié)點仲裁過程如圖3所示。

　　2．3 CAN控制器SJAl000的功能介紹

　　CAN的通信協(xié)議由CAN控制器完成，CAN控制器由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議的部分和實現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。

　　SJAl000是PHILIPS公司推出的一種高性能的CAN總線控制器，它不僅和PCA82C200的基本CAN模式（BasieCAN）兼容，而且還增強CAN模式 （PeliCAN），這種模式支持CAN2．0B協(xié)議。SJAl000以一塊可編程芯片上的邏輯電路的組合來實現(xiàn)這些功能，提供了與模塊控制器及微控制器的接口，通過對它的編程，CPU可設置它的工作方式，控制它的工作狀態(tài)，與CAN驅(qū)動器PCA82C250進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

　　3 CAN的幀結(jié)構(gòu)

　　CAN協(xié)議規(guī)定了兩種不同的幀格式，不同之處為標識符的長度不同，具有11位標識符的幀稱之為標準幀，具有29位標識符的幀被稱為擴展幀。

　　3．1 CAN幀類型

　　報文傳輸由以下4個不同的幀類型所表示和控制

　　（1）數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。

　　（2）遠程幀：由節(jié)點發(fā)送，請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀。

　　（3）錯誤幀：由任何節(jié)點發(fā)出，檢測到錯誤就發(fā)出錯誤幀。

　　（4）過載幀：用于提供先前和后續(xù)數(shù)據(jù)幀或遠程幀之間的附加延時。

　　3．2 CAN擴展幀的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

　　擴展幀的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

　　擴展幀的數(shù)據(jù)幀的主要結(jié)構(gòu)有：

　　（1）幀起始，標志幀的開始，它由單個“顯性”位構(gòu)成，在總線空閑時發(fā)送，在總線上產(chǎn)生同步作用。

　　（2）仲裁域，仲裁域包括29位標識符、SRR位、IDE位、RTR位。29位標識符包括11位基本ID、18位擴展ID。基本ID按ID- 28到ID-18的順序發(fā)送，擴展ID按ID-17到ID-0的順序發(fā)送。基本ID首先發(fā)送，其次是SRR位和IDE位。擴展ID的發(fā)送位于IDE位之后。SRR是“隱性”位。IDE位在標準格式里為“顯性”，在擴展格式里為“隱性”。RTR位在數(shù)據(jù)幀里必為“顯性”，而在遠程幀里必為“隱性”。標識符用于提供關于傳送報文和總線訪問的優(yōu)先權(quán)信息，其數(shù)值越小，表示優(yōu)先權(quán)越高，發(fā)生沖突時優(yōu)先發(fā)送。

　　（3）控制域，由6位構(gòu)成，前2位為保留位，為“顯性”。后4位為數(shù)據(jù)長度碼（DLC），表示數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，必須在0～8范圍內(nèi)變化。

　　（4）數(shù)據(jù)域，由被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，字節(jié)數(shù)為控制域中決定的0～8 bit，第一個字節(jié)的最高位首先被發(fā)送。

　　（5）CRC域，包括CRC（循環(huán)冗余碼校驗）序列（15位）和CRC界定符（1個“隱性”位），用于幀校驗。

　　（6）應答域，由應答間隙和應答界定符組成，共2位。

　　（7）幀結(jié)束，由7位隱性位組成，此期間無位填充。