CAN基础培训－数据链路层

### CAN基础培训—数据链路层 #### 一、CAN总线概述 CAN（Controller Area Network）总线是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，最初由德国Bosch公司开发，旨在满足现代汽车中电子控制单元之间数据传输的需求。随着技术的发展，CAN总线的应用领域已经扩展到了工业自动化、航海、航空航天等多个领域。 #### 二、CAN总线的标准体系 CAN总线的标准主要分为两部分：底层标准和高层协议。 - **底层标准**主要包括CAN 2.0和ISO 11898系列标准。 - **CAN 2.0**: 包括2.0A和2.0B两个版本，其中2.0A将29位ID视为错误，而2.0B则区分为被动模式（仅识别11位ID数据帧）和主动模式（可识别11位和29位两种ID数据帧）。 - **ISO 11898系列**: 包括多个部分，如ISO 11898-1至ISO 11898-5等，分别规定了数据链路层和物理信号、高速介质访问单元、低速容错介质接口、时间触发通信以及具有低功耗模式的高速介质访问单元等内容。 - **高层协议**则是基于CAN总线的上层应用协议，例如CANopen、DeviceNet、J1939等，这些协议定义了更具体的应用场景和通信规则。 #### 三、数据链路层功能详解 数据链路层是CAN总线协议中的关键组成部分之一，负责处理数据的发送、接收以及错误检测等功能。 - **多主的基于优先级的总线访问**: 在CAN总线上，所有节点都可以作为主控设备发送数据，这种多主架构允许任意节点在任何时刻发送消息。每个消息都携带有一个唯一的标识符（ID），这个ID决定了消息的优先级。在总线冲突时，ID较小的消息拥有更高的优先级，可以继续发送。 - **非破坏性的基于竞争的仲裁**: 当两个或更多节点同时尝试发送消息时，会发生总线竞争。CAN总线采用非破坏性仲裁机制来解决这种竞争，即节点通过比较发送的数据来确定哪个消息可以继续发送。显性位（逻辑0）会覆盖隐性位（逻辑1），因此ID值越小的消息优先级越高。 - **远程数据请求**: CAN总线支持远程帧，用于请求特定ID的数据帧。这使得某些节点可以在需要时请求其他节点的数据，增强了系统的灵活性。 - **配置灵活性**: CAN总线的设计考虑了多种应用场景的需求，因此其配置非常灵活。用户可以根据实际需求选择不同的位定时参数和其他配置选项，以适应不同速度和环境的要求。 - **错误检测**: CAN总线采用了多种方法来检测和报告错误，包括CRC校验、位填充检查等。一旦检测到错误，系统会立即采取措施，比如重发数据帧。 - **报文自动重发**: 当节点检测到错误时，它会自动重新发送数据帧。这一特性确保了即使在网络环境中出现短暂的干扰或故障，也能保持可靠的数据传输。 - **临时与永久错误界定**: CAN总线还能够区分临时性和永久性错误，并根据错误类型采取不同的应对策略。例如，对于临时性错误，节点可能会暂时进入只监听模式；而对于永久性错误，则可能需要外部干预来修复问题。 #### 四、数据链路层通信机制 - **报文发送**: 节点在发送报文前需先检测总线是否空闲，只有当总线空闲时才能发送报文。此外，在发送过程中还需进行“回读”检查，确保发送的位与回读的位一致，以此来保证数据的正确性。 - **“线与”机制**: 在CAN总线中，节点通过ID进行仲裁。当发生冲突时，具有较小ID值的节点（即优先级较高的节点）可以继续发送数据，而其他节点则进入只监听状态，等待下次机会。 - **非破坏性仲裁**: 一旦退出仲裁，失败的节点会进入只监听状态，并在总线空闲时重新尝试发送数据帧。 - **报文接收过滤**: 接收端节点可以通过设置过滤器来决定接收哪些报文。通常情况下，只有那些匹配预设条件的报文才会被接收，其余报文则会被过滤掉。 CAN总线的数据链路层设计精巧，通过多主架构、非破坏性仲裁等机制确保了网络的高效稳定运行，同时也具备较强的灵活性和鲁棒性，能够广泛应用于各种工业和汽车电子系统中。