CAN總線接口模塊工作原理

控制器局域網(wǎng)（CAN）模塊是用于與其他外圍設(shè)備或單片機(jī)進(jìn)行通信的模塊，這種接口協(xié)議能在較大的噪聲 環(huán)境中進(jìn)行通信，具有良好的擾干擾性能。

CAN模塊是一個通信控制器，執(zhí)行的是Bosch公司的CAN2.0A/B協(xié)議。它能支持CAN1.2、CAN 2.0A、CAN 2.OB 協(xié)議的舊版本和CAN2．OB現(xiàn)行版本，此控制器模塊包含完整的CAN系統(tǒng)。

CAN模塊由協(xié)議驅(qū)動和信息緩沖及控制組成，CAN協(xié)議驅(qū)動CAN總線上接收和發(fā)送信息的所有功能。信息裝載 到某個相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器后再發(fā)送，通過讀相應(yīng)的寄存器可檢查狀態(tài)與錯誤信息。在CAN總線上檢測到的任 何信息都要進(jìn)行錯誤檢查，然后與過濾器進(jìn)行比較，判斷是否被接收和存儲到兩個接收寄存器之一。

2．CAN模塊支持的幀類型 　　

CAN模塊支持以下幀類型：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀、過載幀和空閑幀。

（1）數(shù)據(jù)幀。

用于各節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)消息，由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答 場和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)幀組成 　　

（2）遠(yuǎn)程幀。

當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)上一個節(jié)點(diǎn)需要其他節(jié)點(diǎn)所擁有的數(shù)據(jù)信息時，可以通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀來請求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送。該 遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符標(biāo)識了所需數(shù)據(jù)的類型，因此，被送回的數(shù)據(jù)信息的標(biāo)識符和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符完全一致。數(shù) 據(jù)源節(jié)點(diǎn)在接收到遠(yuǎn)程幀后，根據(jù)遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符判斷所需數(shù)據(jù)信｀患類型，并在總線空閑時將相應(yīng)數(shù)據(jù)送 出。遠(yuǎn)程幀由6個位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。除了沒有數(shù)據(jù)場和RTR為 隱性外，遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)幀完全相同，遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu) 　　

（3）錯誤幀。

為進(jìn)行錯誤界定，每個CAN控制器均設(shè)有兩個錯誤計數(shù)器：發(fā)送錯誤計數(shù)器（TEC）和接收錯誤計數(shù)器 （REC）。CAN總線上的所有節(jié)點(diǎn)按其錯誤計數(shù)器數(shù)值情況可分為3個狀態(tài)：錯誤活動狀態(tài)、錯誤認(rèn)可狀態(tài)和 總線關(guān)閉狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖3所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 　　

上電復(fù)位后，兩個錯誤計數(shù)器的數(shù)值都為0，節(jié)點(diǎn)處于錯誤活動狀態(tài)，可正常參與總線通信，檢測到錯誤時 ，發(fā)送活動錯誤標(biāo)志。當(dāng)錯誤計數(shù)器任一數(shù)值超過127時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯誤認(rèn)可狀態(tài)。處于錯誤狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)可 參與總線通信，但出錯后，發(fā)送認(rèn)可錯誤標(biāo)志，并在開始進(jìn)一步發(fā)送數(shù)據(jù)之前等待一段附加時間（暫停發(fā)送 場）。

當(dāng)發(fā)送錯誤計數(shù)器和接收計數(shù)器均小于或等于127時，節(jié)點(diǎn)從錯誤認(rèn)可狀態(tài)再次變?yōu)殄e誤活動狀態(tài)。若發(fā)送 錯誤計數(shù)器數(shù)值超過255后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)，既不能向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，也不能從總線接收數(shù)據(jù)。當(dāng) 軟件執(zhí)行操作模式請求命令，并等待128次總線釋放（BusˉFree）序列（11位連續(xù)隱性位）后，節(jié)點(diǎn)從總線 脫離狀態(tài)重新回到錯誤活動狀態(tài)。

　　錯誤幀由兩個不同的位場組成，第一個場由來自不同的節(jié)點(diǎn)的錯誤標(biāo)志疊加而成，第二個場為錯誤界定符 ，錯誤幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 錯誤幀結(jié)構(gòu) 　　

（4）過載幀。

超載幀由超載標(biāo)志和超載界定符組成。超載標(biāo)志由6個顯性位組成，其格式與活動錯誤標(biāo)志相同。超載界 定符由8個隱性位組成，其格式與錯誤界定符相同。導(dǎo)致發(fā)送超載幀的兩個條件為： 　　

①一個接收節(jié)點(diǎn)內(nèi)部接收條件未準(zhǔn)備好，要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀發(fā)送； 　　

②在間歇場（3位）檢測到顯性位。

當(dāng)超載標(biāo)志發(fā)出后，每個節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線狀態(tài)，直至檢測到從顯性至隱性位的跳變，此時，所有的節(jié)點(diǎn)均己 完成了超載標(biāo)志的發(fā)送，隨后所有節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送8個隱性位組成的超載界定符，超載幀結(jié)構(gòu)如圖5所示。