1、3.2 CAN技术规范的基本内容技术规范的基本内容 3.2.1 物理层物理层3.2.2 数据链路层数据链路层3.2.1 物理层物理层一、一、物理层的特点物理层的特点1.物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路的电气特性、数据传输的编码与解码、定介质、线路的电气特性、数据传输的编码与解码、定时以及同步的实施标准。时以及同步的实施标准。CAN物理层的各种定义：物理层的各种定义：Bosch CAN对物理层没有具体定义；对物理层没有具体定义；ISO11898定义的高速定义的高速CAN；ISO11519-2定义的低速定义的低速CAN；SAEJ
2、2284定义的高速定义的高速CAN；二、位定时及其同步二、位定时及其同步 CAN CAN节点本来都在独自运行，而通讯之类的节点本来都在独自运行，而通讯之类的操作却要求在它们之间建立协作关系。为了达操作却要求在它们之间建立协作关系。为了达到并维持这种协作关系，有关节点中的协议控到并维持这种协作关系，有关节点中的协议控制芯片必须在位定时逻辑的管理下，进行正确制芯片必须在位定时逻辑的管理下，进行正确的同步处理。的同步处理。1.位定时位定时传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数传输速度（波特率）：单位时间内所发送的二进制位数 位时间长度：发送一位二进制数所需要时间位时间长度：发送一位二进制数
3、所需要时间 位时间长度被分为四段，各段的前后顺序如下：位时间长度被分为四段，各段的前后顺序如下：图图 3-6 CAN的位定时与同步规则的位定时与同步规则 S S：跳边沿，用于同步总线上的各个节点：跳边沿，用于同步总线上的各个节点P P：补偿信号在传播过程中难以避免的延迟时间（延时和的：补偿信号在传播过程中难以避免的延迟时间（延时和的2 2倍）倍）P1P1、P2：均可伸缩，它们用于对位定时逻辑进行调整，以适应总线均可伸缩，它们用于对位定时逻辑进行调整，以适应总线信号的实际位时间相对于额定值的变化。信号的实际位时间相对于额定值的变化。采样点采样点：接收器中读取总线状态的时刻，位于：接收器中读取总线
4、状态的时刻，位于P1和和P2之间，因为总之间，因为总线信号发展到这里，其物理属性一般已经比较稳定，此刻的总线线信号发展到这里，其物理属性一般已经比较稳定，此刻的总线状态应该可以充分体现出实际的位值状态应该可以充分体现出实际的位值位定时的计算位定时的计算时间基准单元（时间基准单元（Time QuantumTime Quantum，TQTQ，），是由振荡器周期产生的固定，），是由振荡器周期产生的固定时间长度，可以通过编程设定为不同的振荡器周期倍数。时间长度，可以通过编程设定为不同的振荡器周期倍数。位时间中，各时间段长度都以位时间中，各时间段长度都以TQTQ为单位计算：为单位计算：1 1）SYNC-
5、SEGSYNC-SEG是是1 1个个TQTQ。2 2）PROP-SEGPROP-SEG是是l l 8 8个个TQTQ。3 3）PHASE-SEG1PHASE-SEG1可编程设为可编程设为 l l8 8个个TQTQ。4 4）PHASE-SEG2PHASE-SEG2取取PHASE-SEG1PHASE-SEG1和和IPTIPT两者中的最大值。两者中的最大值。信息处理时间信息处理时间IPTIPT一般小于等于一般小于等于2 2个个TQTQ。标称位时间长度标称位时间长度NBTNBT必须通过编程设定为必须通过编程设定为8 82525个个TQTQ范围内的值。范围内的值。2.同步同步1）硬同步：）硬同步：具有强
6、制性，就是说无论接收器原先处于何种状态，具有强制性，就是说无论接收器原先处于何种状态，现在它都必须以导致硬同步的那个下降沿为起点，重现在它都必须以导致硬同步的那个下降沿为起点，重新开始位定时。新开始位定时。在在t t1 1时刻，总线状态由原来的空闲变为显性。由于总时刻，总线状态由原来的空闲变为显性。由于总线空闲之后的第一个显性位必为线空闲之后的第一个显性位必为CANCAN帧的帧的SOFSOF，所以接，所以接收器知道有节点在送出消息，便执行一次收器知道有节点在送出消息，便执行一次“硬同步硬同步”（Hard SynchronizationHard Synchronization）。）。同步沿在同步
7、段。同步沿在同步段。硬同步之后，接收器的位定时逻辑开始以额定位时间硬同步之后，接收器的位定时逻辑开始以额定位时间按部就班地监测总线。按部就班地监测总线。2 2）再同步（软同步）：）再同步（软同步）：为了补偿传输中造成的同步差异，对同步信号进行调为了补偿传输中造成的同步差异，对同步信号进行调整。整。t t2 2时刻，第三位数的起始下降沿落在了时刻，第三位数的起始下降沿落在了t tB2B2的的P P2 2中，显中，显然然t tB3B3的同步段将的同步段将“名不副实名不副实”，于是接收器的位定时，于是接收器的位定时逻辑需要进行一次逻辑需要进行一次“再同步再同步”3 3）再同步跳变宽度（）再同步跳变宽
8、度（RJWRJW）：对同步点进行一次调整的）：对同步点进行一次调整的时间（时间（TQTQ数）。数）。采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。再同步跟据跳变沿位置错误状态进行调整。跳变沿的位置错误跳变沿的位置错误E E定义为跳变沿与定义为跳变沿与SYNC-SEGSYNC-SEG的相对位的相对位置长度的置长度的TQTQ数。其符号数。其符号S S定义如下：定义如下：1 1）如果跳变沿在）如果跳变沿在SYNC-SEGSYNC-SEG中，则中，则S=0S=0。2 2）如果跳变沿在）如果跳变沿在SYNC-SEGSYNC-SEG之前，
9、则之前，则S0S0S0。n当当E E小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同小于等于再同步跳变宽度的编程值时，不采取再同步调整；如果步调整；如果E E大于再同步跳变宽度时，则：大于再同步跳变宽度时，则：l l）如果）如果S0 0，PHASE-SEG1PHASE-SEG1加长加长RJWRJW。2 2）如果）如果S S0 0，PHASE-SEG2PHASE-SEG2减小减小RJWRJW。采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化采样时刻发生变化和采样时间长度发生变化3.位填充（编码位填充（编码/解码）解码）n当采用非归零（当采用非归零（NRZNRZ）编码连续发送相同位时，就无法）编码连续发送相同位
10、时，就无法得到这样的同步信息；得到这样的同步信息；CANCAN采用位填充规则弥补这个缺采用位填充规则弥补这个缺点，为接收端的再同步提供条件。点，为接收端的再同步提供条件。n一个帧中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和一个帧中，起始域、仲裁域、控制域、数据域和CRCCRC域域的二进制位流通过位填充方式编码，每当发送端检测到的二进制位流通过位填充方式编码，每当发送端检测到连续的连续的5 5个相同位时，自动插入一个补位。个相同位时，自动插入一个补位。n在在CANCAN中，两个跳变间的最大时间为中，两个跳变间的最大时间为2929个个TQTQ。三、三、CAN总线收发器总线收发器nCAN的物理层接口芯片。的
11、物理层接口芯片。n在在CMOS电平与差分电压之间实现信号形式的转换。电平与差分电压之间实现信号形式的转换。n发送接收器在两条线的发送接收器在两条线的CAN网络上发送信号时，一网络上发送信号时，一条线称为条线称为CAN-HIGH，另一条称为，另一条称为CAN-LOW，两条，两条线上是差动信号，具体电平和特性取决于适用的标准线上是差动信号，具体电平和特性取决于适用的标准或设计规范。或设计规范。1.ISO11898定义的高速定义的高速CAN2.ISO11519-2定义的低速定义的低速CAN图3-4图图3-5 3-5 低速容错低速容错CAN的物理信号的物理信号 3.ISO11898和和ISO11519
12、-2物理层物理层的主要区别的主要区别物理层物理层 ISO11898 ISO11519-2 通信速度通信速度 1Mbit/s 125Kbit/s 最大总线长度最大总线长度 40m 1km 最多连接节点数最多连接节点数3020总线电平（总线电平（V）显性电平显性电平 隐性电平隐性电平 显性电平显性电平隐性电平隐性电平 CAN-H 4.5 3.5 2.752.0 2.5 3 3.85 4 5 1.6 1.75 1.90CAN-L 2.25 1.5 0.52.0 2.5 3 0 1 1.153.10 3.25 3.40 总线特性总线特性 双绞线（总线阻抗双绞线（总线阻抗 120）闭环总线闭环总线终端电
13、阻：终端电阻：120(min:85,max:130)总线滞后时间：总线滞后时间：5ns/m5ns/m 双绞线双绞线开环总线开环总线终端电阻：终端电阻：2.2k(min:2.09k,max:2.31k)总线滞后时间：总线滞后时间：5ns/m5ns/mCAN-H与与GND间的静态电容：间的静态电容：30pF/mCAN-L与与GND间的静态电容：间的静态电容：30pF/mCAN总线收发器总线收发器nCAN收发器分成两种：收发器分成两种：高速高速CAN飞利浦的飞利浦的PCA82C250 低速低速CAN摩托罗拉的摩托罗拉的MC33388思考题思考题n1.总线空闲时电平状态如何？总线空闲时电平状态如何？n2.总线定时和同步如何实现？总线定时和同步如何实现？
