【正文】 文作為標準幀來發(fā)送，而當其位于RTR位之前且為隱性時則報文作為擴展幀來發(fā)送。當兩種格式的報文同時出現(xiàn)在總線上時，并且它們具有相同的確認區(qū)或基本確認區(qū)，那判斷報文優(yōu)先級的方法通常為:標準幀的報文總是比擴展幀的報文優(yōu)先級高。支持擴展幀格式的CAN控制器(CAN Controller)同樣也能發(fā)送和接收標準幀，當僅僅支持標準幀的CAN控制器被用在網絡上時，則只有標準幀能在整個網絡上傳送，擴展幀將不能被識別，但是會被當作標準幀處理。RTR位:該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。③控制場控制場由6位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位。這兩個保留位必須發(fā)送“顯性”位。接收器接收所有由“顯性”和“隱性”組合在一起的位。數(shù)據(jù)長度代碼(DLC):數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼由4位構成，數(shù)據(jù)幀允許數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目范圍為O到8，具體分配如表41所示。表41數(shù)據(jù)場譯碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目DLCDLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000④數(shù)據(jù)場數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為08個字節(jié)，每字節(jié)包含了8位，首先發(fā)送的是最高有效位。⑤CRC場CRC場包括CRC序列 (CRC SEQUENCE)和CRC界定符(CRC DELIMITER)。CRC序列:由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列，最適用于位數(shù)低于127位(BCH碼)的幀。為進行CRC計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是:幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場(假如有)，而最低位的系數(shù)是0。將此多項式被下面的多項式發(fā)生器除(其系數(shù)以2為模):X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1這個多項式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列 (CRC SEQUENCE)。為了實現(xiàn)這個功能，可以使用位移寄存器 CRC_RG(14:0)。如果用NXTBIT標記指示位流的下一位，它由從幀的起始到數(shù)據(jù)場末尾都由無填充的位序列給定。在傳送或接收完數(shù)據(jù)場的最后一位以后， CRC_RG包含有CRC序列。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。⑥應答場應答場長度為2個位，包含應答間隙 (ACKSLOT)和應答界定符(ACK13 DELIMITER)。在應答場里，發(fā)送節(jié)點發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文后，接收器就會在應答間隙 (ACKSLOT)期間(發(fā)送ACK信號)向發(fā)送器發(fā)送一個“顯性”位以示應答。應答間隙:所有接收到匹配CRC序列 (CRCSEQUENCE)的節(jié)點會在應答間隙(ACKSLOT)期間用一個“顯性”位寫入發(fā)送器的“隱性”位以做出回答。ACK界定符:ACK界定符是ACK場的第二個位，并且是一個必須為“隱性”位。因此，應答間隙 (ACKSLOT)被兩個“隱性”位所包圍，也就是CRC界定符 (CRCDELIMITER)和ACK界定符 (ACKDELIMITER)。⑦幀結尾每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀均可由一標志序列界定。這個標志序列由7個“隱性”位組成。2）遠程幀通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的節(jié)點可以通過初始化其資源節(jié)點來傳送不同的數(shù)據(jù)。遠程幀標識符格式與數(shù)據(jù)幀標識符格式基本相同，只是不存在數(shù)據(jù)區(qū)域。并且遠程幀的RTR位是“隱性”的。因為它沒有數(shù)據(jù)區(qū)域，所以數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的(可以標注為容許范圍里0到8的任何數(shù)值)，此數(shù)值對應于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。其結構如圖45所示。圖45 遠程幀結構圖3）錯誤幀錯誤幀由兩個不同的區(qū)域組成，如圖46所示圖46 錯誤幀結構圖4）過載幀過載幀包括兩個位域:過載標志和過載界定符。其結構如圖4所示。圖47 過載幀結構圖(3)CAN總線編碼方式CAN總線報文中的位流按照非歸零(NRZ)碼方式編碼，因此一個完整位的電平只可能為兩種互補邏輯數(shù)值之一:“顯性”或“隱性”?！帮@性”(“Dominant”)數(shù)值表示邏輯“O”，而“隱性”(“Recessive”)表示邏輯“l(fā)”。但需要注意的是，當“顯性”和“隱性”位流同時發(fā)送時，最后總線數(shù)值將為“顯性”，這也是CAN總線故障界定和錯誤檢測的根本依據(jù)。在“隱性”狀態(tài)下，VCAN_H和VCAN_L被固定于平均電壓電平附近，差分電平Vdiff近似為0。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)。“顯性”狀態(tài)則以大于最小閥值的差分電壓表示，Vdiff近似為2V。在“顯性”位期間，“顯性”狀態(tài)改寫“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。總線編碼的數(shù)值表示如圖48所示圖48 總線編碼的數(shù)值顯示(4)CAN總線仲裁方式由于CAN總線是一種多主型總線，總線上任意節(jié)點都有可能作為主節(jié)點向總線發(fā)送報文，因此就有可能出現(xiàn)幾個節(jié)點同時向總線發(fā)送報文的情況。由于CAN總線并未定義節(jié)點地址，因此在這種情況下，CAN總線基于“多主競爭總線仲裁”的原理，依靠報文的優(yōu)先級進行取舍。報文的優(yōu)先級體現(xiàn)在寫入報文識別符(ID)區(qū)的二進制數(shù)值，該值不能被動態(tài)的改變。在同一系統(tǒng)中標識符定義是唯一的，不會出現(xiàn)兩個節(jié)點發(fā)送具有相同標識符報文的情況。ID中的值越小，其報文的優(yōu)先級越高(也就是O比1的優(yōu)先級高)，在沖突中越容易獲得網絡訪問權，因此在進行網絡介質訪問仲裁的同時己經開始了報文的傳輸?？偩€中的信號持續(xù)跟蹤最后獲得總線控制權的節(jié)點所發(fā)出的報文。這種非破壞性的位仲裁方式的優(yōu)點在于，在網絡最終確定哪一個節(jié)點的報文被傳送以前，報文的起始部分已經在網絡上傳送了。所有未獲得總線控制權的節(jié)點都成為具有最高優(yōu)先權的節(jié)點所發(fā)送報文的接收節(jié)點，并且不會在總線再次空閑前發(fā)送報文。基于這種優(yōu)點，用戶可以很容易的增加一個新的節(jié)點到一個己經存在的CAN總線網絡中，而不用對已經存在的節(jié)點進行任何硬件或軟件上的修改，但必須注意的是，此新增的節(jié)點應為完全的接收者，這樣它才不會對網絡上各節(jié)點的通訊產生影響。(5)設計協(xié)議再定義本設計中。這種格式包括兩部分:信息和數(shù)據(jù)部分。前5個字節(jié)為信息部分，其幀結構如表42所示。表42 76543210字節(jié)1FFRTRXXDLC數(shù)據(jù)長度字節(jié)2報文識別碼ID28ID21字節(jié)3ID20ID13字節(jié)4ID12ID5字節(jié)5ID4ID0XXX字節(jié)6數(shù)據(jù)1字節(jié)7數(shù)據(jù)2字節(jié)8數(shù)據(jù)3字節(jié)9數(shù)據(jù)4字節(jié)10數(shù)據(jù)5字節(jié)11數(shù)據(jù)6字節(jié)12數(shù)據(jù)7字節(jié)13數(shù)據(jù)8其中字節(jié)1為幀信息。第七位(FF)標識幀格式，在擴展幀中，F(xiàn)F=l。第6位(RTR)表示幀的類型，RTR=O表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時實際的數(shù)據(jù)長度。字節(jié)2～字節(jié)5為報文標識碼，29位有效。字節(jié)6～字節(jié)13為數(shù)據(jù)幀的實際數(shù)據(jù)，遠程幀無效。在本設計中對通信協(xié)議進行了修改，總線上的傳輸方式采用的是主控機輪詢的方式，各節(jié)點只在出現(xiàn)預警信號時才允許自主發(fā)送。對于擴展幀的幀格式也做出了修改，添加了幀內容描述位和數(shù)據(jù)串傳輸標識位。由于CAN總線的限制，實際上每個網絡內節(jié)點數(shù)不宜超過 1000，這里就用10位ID作為源和目的節(jié)點的標識符，～，～，～，而 ～，幀描述各位定義如表43所示。表43幀描述位定義ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0斷開鏈接修正因子重發(fā)數(shù)據(jù)出錯重發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)請求數(shù)據(jù)響應連接請求連接 : 請求連接位 1:主機請求建立連接 : 響應連接位 1:收到主機建立連接請求，問應可以建立連接 : 請求數(shù)據(jù)位 1: 建立連接后，主機請求發(fā)送數(shù)據(jù) :發(fā)送數(shù)據(jù)位 l:此幀為請求的數(shù)據(jù)幀 :出錯重發(fā)位 1:接收的幀出錯，請求重新發(fā)送該幀 :重發(fā)數(shù)據(jù)位 1:此幀數(shù)據(jù)為請求重發(fā)的幀 :修正因子位 1:主機傳送來的數(shù)據(jù)為節(jié)點采集量的修正因子 :斷開連接位 1:本次通信結束，斷開連接，釋放總線波形值傳輸過程中，數(shù)據(jù)量比較大，本設計中采用數(shù)據(jù)串標識的方式傳輸，原始幀結構中的數(shù)據(jù)1和2作為標識位，其中數(shù)據(jù)1作為數(shù)據(jù)串總幀數(shù)位，而數(shù)據(jù)2作為當前傳輸數(shù)據(jù)的幀數(shù)。實際每擴展幀只傳送6個字節(jié)的數(shù)據(jù)。(6)SJA1000讀寫時序設計本設計中，上傳數(shù)據(jù)的協(xié)議轉換全部由CAN控制器SJAl000完成。對于DSP來說，SJA1O00就是映射到地址空間MSCAN(Ox100080)的外部寄存器。SJA1000與DSP通信時采用的是8位的復用地址/數(shù)據(jù)線，其每次讀寫操作都需要2次訪問MSCAN。DSP向SJA1000寫流程:，設置WR位為O，進行寫操作。，選定SJA1O00內部相應寄存器。，設置剛剛選定的寄存器。，關閉寫操作。DSP讀取SJA1O00流程:，設置RD位為0，進行讀操作。，選定SJA1000內部相應寄存器。，從數(shù)據(jù)線上收取選定寄存器的值。，關閉讀操作。(注:以上發(fā)送的地址都是經過低八位數(shù)據(jù)線傳輸)(7)通信流程SJA1OOO有2種工作模式:BasicCAN模式和PeliCAN模式，在BasieCAN模式下SJAl000只可以接收和發(fā)送標準幀，如果檢測到CAN總線上有擴展幀的信息，即使信息正確，它也會被允許給出一個確認信號，但沒有接收中斷產生。而PeliCAN模式下，SJA1000不僅可以接收擴展幀信息，它還具有一個含有很多新功能的重組寄存器。本設計中SJA1000就采用PeliCAN模式工作。只有在SJA1O00的初始化中要對工作模式寄存器、操作指令寄存器等進行設置，DSP才正常的CAN總線通信。其通信程序流程圖如圖49所示。圖49 程序流程圖DSP收到主機的數(shù)據(jù)幀后，終止當前程序并進入通信中斷，通信程序中，DSP根據(jù)得到數(shù)據(jù)幀內的通信信息位判定當前幀的作用。如果是第一請求連接，DSP將發(fā)送一個空數(shù)據(jù)幀并標定可以建立連接。當主機幀為請求數(shù)據(jù)時，DSP將存在外擴存儲器中的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)串的方式依次標定發(fā)送，同時將存儲區(qū)堆棧指針指向下一個存儲空間。如果主機提示剛才發(fā)送的數(shù)據(jù)接收錯誤，DSP將通過堆棧指針重新發(fā)送剛才的數(shù)據(jù)串。主機傳送修正因子給DSP后，DSP將其存入外擴存儲器中，覆蓋原因子。當DSP接到斷開連接指令后，DSP將命令SJA1O00進入監(jiān)聽模式，并重新開始采集存儲數(shù)據(jù)。DSP在長時間沒有得到主機的請求信息時，其內部定時單元發(fā)生中斷，DSP將主動地上傳測量數(shù)據(jù)，在此流程中DSP將作為主機通信，流程與上述相同。本章主要介紹了智能節(jié)點的軟件設計，該系統(tǒng)下位機軟件可以分為數(shù)據(jù)采集存儲模塊、CAN總線通信模塊以及預警中斷模塊三部分。本章中著重強調了CAN總線通信模塊的設計方法，其中包括CAN通信協(xié)議的介紹、本系統(tǒng)協(xié)議的創(chuàng)新以及通信流程的敘述等。結 論本論文通過查閱相關文獻，對CAN總線標準有了一定程度上的了解。在此基礎上，結合CAN總線在汽車行業(yè)中的實際應用方案，提出一個由具備CAN總線通信能力的智能節(jié)點組成的在線監(jiān)控網絡。確定節(jié)點原理電路，設計出由調理模塊、A/D轉換模塊、主控模塊以及通信模塊四部分組成的硬件結構。針對單通道數(shù)據(jù)量小，占用空間小的特定，采用單片機作為了主控芯片。而采用DSP作為具有較大數(shù)據(jù)采集量的多通道波形值智能節(jié)點的主控芯片。該監(jiān)測系統(tǒng)，具有CAN總線網絡的高速、穩(wěn)定的特點，使得惡劣環(huán)境下的設備監(jiān)測變得更加簡單和安全。該系統(tǒng)能夠快速準確的反應設備的運轉狀態(tài)，十分適合工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)測需求，具有一定的意義。在本課題的研究和設計中包含了系統(tǒng)結構、自總線設計、硬件開發(fā)、軟件設計等多方面內容，涉及到的相關領域較多。雖然此前進行了一定的研究工作，但由于本人水平有限，,但經過一些反復改進,相信定能使系統(tǒng)不斷完善. 參考文獻[1] [M]，北京:清華大學出版社，1996[2] [J].化肥設計，2006，44(5):5456[3] 徐德慧，[J].微型電腦應用，2009，25(l):1315[4] 韓兵，[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007[5] ，第一講:現(xiàn)場總線的由來[J].自動化和設備，2005[6] ，第二講:現(xiàn)場總線的國際標準[J].自動化和設備，2005[7] Joao. 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