ＣＡＮ总线技术特点及ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ
ＣＡＮ总线简称为控制器局部网 (ＣＡＮ) ,最早由德国ＢＯＳＣＨ公司提出 ,主要应用于汽车内部强干扰环境下的电器之间的数据可靠通信。但由于其优异的性能 ,现已被许多领域广泛采用和推广。 1 991年 9月ＰｈｉｌｉｐｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ制订并发布了ＣＡＮ技术规范 (Ｖｅｒｓｉｏｎ 2 . 0 Ａ和Ｂ) ,1 993年 1 1月ＩＳＯ正式颁布了道路交通运载工具―――数字信息交换 高速通信控制器局部网 (ＣＡＮ)国家标准 (ＩＳＯ 1 1 898) ,为控制器局部网标准化、规范化推广铺平道路。现场总线技术发展很快 ,底层采用ＣＡＮ总线协议的ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ现场总线技术是其中比较重要的一种 ,因为它是一个低端网络系统 ,所起的作用是在简单的工业设备 (如传感器、操动器等 )与高端设备 (控制器 )之间提供连接 ,所以在低压电器等领域取得了飞速的发展。
2 ＣＡＮ总线
ＣＡＮ总线是一种串行数据通信协议。它是一种多主总线 ,通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光纤。通信接口中集成了ＣＡＮ协议的物理层和数据链路层功能 ,可完成对通信数据的组帧处理。ＣＡＮ总线的最高通信速率可达 1Ｍｂ/ｓ ,在ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ总线中只用了 1 2 5Ｋｂ/ｓ、2 50Ｋｂ/ｓ、50 0Ｋｂ/ｓ三档。下面就ＣＡＮ总线的主要技术特点简要加以说明。图 1描述了在ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ总线技术中使用ＣＡＮ总线协议作为媒体访问控制 (ＭＡＣ)和物理层信号 (ＰＬＳ)的协议规范。请注意 ,ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ总线只使用了ＣＡＮ 2 .0Ａ中的有关定义 ,并不支持ＣＡＮ 2 . 0Ｂ中的扩展报文格式。下面结合ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ总线具体介绍ＣＡＮ 2 .0Ａ中的一些重要技术特点。
3 ＣＡＮ链路层寻址
ＣＡＮ是一种基于广播方式的协议。各种在网上传输的数据帧都被分配一个标识符 ,每个节点根据这些标识符 ,确定是否接收这些帧。这个标识符是在ＣＡＮ帧的标识区中指定的。同以往的主 从结构相区别的是 :ＣＡＮ支持多主形式。这意味着网络上的任意一个节点在合适的时机 ,都可以主动向网上发送信息 ,这样一来大大提高了网络对意外事件的反应能力。该多主形式的实现 ,主要依赖于ＣＡＮ先进的无损逐位仲裁机制。
4 ＣＡＮ帧类型和帧结构
ＣＡＮ定义下列帧的类型 :①数据帧。将数据从发送器发送到接收器。②远程帧。请求传送指定标识符的数据帧(ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ并不使用ＣＡＮ的远程帧 ) ;③错误帧。标明一个节点检测到了总线/网络故障 ;④超载帧。在帧的发送之间提供一个延时来控制数据的流动。一个数据帧由七个不同区域组成 ,如图 2所示。
其中 :仲裁区主要用于标识信息内容以及决定信息优先级的高低。控制区包含数据区的长度信息 ,数据区的长度为 0～ 8ｂｙｔｅ。由于ＣＡＮ的数据包传送采用ＣＲＣ循环冗余码检验 ,所以数据通信误码率极低。ＣＲＣ区中包含的就是用于ＣＲＣ检验的序列 ,由发送器初始化产生。当接收器计算的ＣＲＣ值不符合发送器发送的ＣＲＣ值 ,则检测到ＣＲＣ错误 ,要求发送器重新发送。所有接收到匹配ＣＲＣ序列的节点 ,通过ＡＣＫ区给发送节点返回一个应答。
5 ＣＡＮ媒体访问控制
ＣＡＮ节点的发送可以被网络上其他所有节点监听并应答。只要总线处于发送空闲状态 ,任一节点都可以开始发送。如果一个节点正在发送 ,其他一个节点必须要等这一节点发送完成后才能开始发送信号。如果两个或多个节点在同一时间开始发送 ,通过使用仲裁区的无损逐位仲裁算法来解决。仲裁区包含在所有ＣＡＮ数据帧中。仲裁区包括 1 1位ＣＡＮ标识符区和一个ＲＴＲ位。ＲＴＲ位表示这个帧是一个实际的数据帧还是一个远程帧 ,由于ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ不使用ＣＡＮ提供的远程帧 ,所以ＲＴＲ位始终是显性的。1 1位标识符场从最高位到最低位顺序发送。总线上的一位可以是显性的 (值 0 ) ,也可以是隐性的 (值 1 )。一个显性位和一个隐性位同时发送的结果是呈现显性位。在仲裁区传送期间 ,每一个发送器都监视总线上的当前电平 ,并与它已经发送的位电平进行比较。如果值相等 ,那么这个节点可以继续发送 ;如果发送了一个隐性位 (值1 ) ,同时在总线上监视到一个显性位 (值 0 ) ,那么此发送节点将失去仲裁权 ,同时必须停止发送数据。失去仲裁权的节点可以在当前发送完成的时候再次尝试发送数据。具有最低数字值的标识符获得仲裁优先权。
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