CAN基础信息

车载网络概述

1、车联网

按范围：车内网，车外网，车云网

按速率：低速网、中速网、高速网

2、为什么使用数据总线：

    减少线束

    电子信息代替机械传动

3、主要车载网络协议

CAN:车身/控制系统用LAN协议          1Mbit/s

LIN：车身控制系统用LAN协议          20kbit/s

FlexRay：重视安全、按用途分类的LAN协议  10Mbit/s

MOST：信息通信协议          225Mbit/s

IDB-C：以CAN为基础的LAN协议     250Kbit/s

4、现场总线：

双向、串行、多节点、开发

要求：实时性强、可靠性高、安全性好

特点：

    多维短帧传输

    速率较低

5、总线：

    拓扑结构：星形、总线、环形

    传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤

    通信方式：单工、半双工、全双工

6、车载网络要求：

    1、采用串行总线拓扑

    2、节点数量可以动态改变

    3、有良好的抗干扰

    4、差错检测和处理

    5、实时性

    6、故障检测和处理能力

其中CAN(ISO-11898)可以满足以上要求

7、CAN  采用双线差分信号，

    对节点数量无限制，可动态改变

    支持广播发送

    多主站结构，各节点平等

    优先级&相关性过滤，依赖于帧ID

    短帧结构

    通信介质灵活（使用双绞线）

8、CAN节点结构

图略，待补充

9、差分信号：存在差分电压时定义为”0“显性

          不存在差分电压时定义为”1“隐性

10、双线差分电压：2V

11、拓扑结构：

    从第一个节点到其最远节点的线路称为总线（干线）  min:0m  max:40m

    其余线路称为支线``              min:0m  max:1m

    节点之间的距离称为节点距            min:0.1m    max:40m

    终端电阻                    min:100   max:130   常用：120欧姆

12、双绞线：

    屏蔽、非屏蔽

    特征阻抗：min:95欧姆    名义：120欧姆   max:140欧姆

    单位延迟：      名义：5ns/

13、终端发射的概念：

    终端发射的发生原因：电流变化过大，产生磁场，感应生成了一个电场，产生发射电信号

    电流突变为0，导线有一个电感，电感保持电流不变，会产生一个反向电流

    反射问题需要使用终端电阻解决,终端电阻接法：

CANH:---------------------------------------------------        

                  |                         |

                  |                         |

                60欧姆---------------------60欧姆

                  |                          |

  (避免地飘)GND    |                          |-----GND

                  |                          |

                  60欧姆----------------------60欧姆

CANL:--------------------------------------------------------  

地漂移:CAN采用差分信号来传递信号，不同节点的地电位存在较大差异

14、反射率计算

15、CAN DB9接法：CANL:PIN2  CANH:PIN7   PIN3:GND PIN6:GND   PIN9:V+

CAN的数据链路层：

16、通信机制

    16.1 发送报文

        检测总线状态    -->     总线空闲    -->     发送报文且回读

                                                （回读OK，发送成功，回读结果异常，回到只听状态，待总线空闲时再发送）

   

    16.2 线与机制

        当存在A、B两个CAN节点同时发送报文时，使用ID进行仲裁（ID值小）-->0位越小越向前

        ID值越小，优先级越高

        当仲裁失利后，退出仲裁，该节点转为只听状态

    16.3 数据帧比远程帧先发送

    16.4报文接收

    检查报文相关性(根据报文ID进行判断，需求ID一致即为相关)，相关则接受，反之则过滤

    编码使用NRZ编码（即使用0为低，1为高，不使用曼彻斯特编码）

    16.5 NRZ与位填充

        NRZ编码边沿较少，定时较差，需要使用位填充

        CAN发送连续5个相同位时，补充一个极性相反位

        CAN接受连续5个相同位时，去除一个极性相反位

17、CAN数据帧

    数据帧：标准帧  拓展帧

    远程帧：只有ID，需要数据(DLC为0)

    错误帧:主动错误 被动错误

    超载帧

    帧间空间

    17.1 数据帧

    标准帧：

    ---------------------------------------------------------------------------------------------

    B  |     |        | R |   |  |    |               |       |   |   |    |   |   |  B

    U  | S |        |   | I |  |  D |               |       | D |   | R  |   |   |  U

    S  |     |   I    |   |   |  |    |               |       |   | A |    |   |   |  S

    I   | O |         | T |   | R|  L |   DATA Filed  | CRC   | E |   |  F |EOF|ITM|  I

    D  |     |   D   |   | D |  |    |               |       |   | C |    |   |   |  D

    L   | F  |        | R |   |  |  C |               |       | L |   |    |   |   |  L

    E   |    |         |   | E |  |    |               |       |   | K |  C |   |   |  

    ------------------------------------------------------------------------------------------------

    SOF:帧起始：显性位"0"，在总线空闲时，发送SOF，标志该帧开始发送

    ID :11位（对应拓展帧的ID）

    RTR:区分远程帧(1)&数据帧(0)

    IDE:区分标准帧(0)&扩展帧(1)

    r:保留，为0

    DLC:占用4bit(0~15,9~15均为8Byte)表示数据存在多少Byte

    DataFiled:0~64位,高字节先发or低字节先发

    CRC冗余校验:15bit

    DEL:1bit(固定为1)

    ACK:1bit(正确为0，错误为1)

    ACKDEL:1bit（固定为1）

    EOF:7bit（7个1）

    TIM:3bit（3个1）

    拓展帧

    ---------------------------------------------------------------------------------------------

    B  |   |        | S |   | E |    |   |  |   |               |       |   |   |    |   |   |  B

    U  | S |        |   | I | X |  R |   |  | D |               |       | D |   | R  |   |   |  U

    S  |   |   I    |   |   |   |    |   |  |   |               |       |   | A |    |   |   |  S

    I  | O |        | R |   | I |  T |r1 |r0| L |   DATA Filed  | CRC   | E |   |  F |EOF|ITM|  I

    D  |   |   D    |   | D | D |    |   |  |   |               |       |   | C |    |   |   |  D

    L  | F |        | R |   |   |  R |   |  | C |               |       | L |   |    |   |   |  L

    E  |   |        |   | E |   |    |   |  |   |               |       |   | K |  C |   |   |  

    ------------------------------------------------------------------------------------------------

    SOF:帧起始：显性位"0"，在总线空闲时，发送SOF，标志该帧开始发送

    ID :11位（对应标准的ID）

    SRR:无意义，默认为1

    ExendedID：28位

    RTR为区分远程帧(1)&数据帧(0)

    r1&r0:保留，为0

    DataFiled:0~64位

    CEC冗余校验:15bit

    DEL:1bit(固定为1)

    ACK:1bit(接收正确为0，错误为1) 发送时ACK为1，接收时被拉高为0

    ACKDEL:1bit（固定为1）

    EOF:7bit（7个1）

    TIM:3bit（3个1）

    当总线发送连续11个隐形位1（ACKDEL+EOF+TIM）时，总线认为此时总线空闲

    在CRCDEL之前会进行位填充，之后固定，不允许位填充

    CRC:

    [SOF--->DataFiled(最后一位)]/16bit多项式系数 =>得到余数R

18、错误帧

    位错误：发送节点在发送后回读发送位时，发现发送与回读不一致时，检测到位错误，仅在发送节点出现

    填充错误：当出现6个连续的相同极性时，报错；发送&接收节点均可检查到

    ACK错误：发送节点回读ACK未被接收节点置高（从1置0）， 发送节点检查

    格式错误：从CRC后固定的格式发送错误；发送&接收均可检查到

    CRC错误：接收节点

    当CAN总线开始运行时，会自动进入主动错误(TEC:发送错误计数器，REC:接收错误计数器)

    开机--------------->主动错误

                      /       \

                     /          \用户请求&发送128个连续隐形位

                    /  REC>127   \

                   / or TEC>127   \

                 \/_               \

            被动错误 ------------> 将节点从总线拿下

                            TEC>256

    18.1 主动错误帧

    -----------------------------------------------------

                    |                   |

     6个显性位      |                    |

  （主动错误标志）   |0~6 bit 错误标志叠加 | 8bit 错误界定符

                    |                    |

    ------------------------------------------------------

    错误标志叠加：由非错误帧发送者发出，将错误标志叠加上

    18.2 被动错误帧

    -----------------------------------------------------

                    |                   |

     6个隐性位      |                    |

  （主动错误标志）   |0~6 bit 错误标志叠加 | 8bit 错误界定符

                    |                    |

    ------------------------------------------------------

错误叠加

总线上同一时刻只会体现一位的状态。

收发节点的错误帧会在某一时间段发生重合

重合部分显性覆盖隐性

19 位定时与同步

位时间有多个Tq 组成

波特率：1/位时间

一个位的组成：

同步段 + （传播段+相位缓冲段1）+相位缓冲段2

同步段：跳变沿存在于同步段中 时长为Tq

传播段：满足2倍的信号总线延迟（为抵消ACK在总线传输延时）

采样点一般在相位缓冲段1与相位缓冲段2之间进行

CAN FD的组成：

待画出

SAE J1939