智能楼宇的计算机网络设计.docx

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1、智能楼宇的计算机网络设楼宇自动化控制系统是采用现代化的传感技术、计算机通信技术对建 筑物内所有机电设施进行信号采集、控制,提供有效安全的物业管理,使 其设备应用在最良好的状态。本设计介绍了控制系统的发展,分析了各种控制系统的特点,提出了 现场总线技术在控制领域的应用前景,特别是CAN总线的先进性。基于 CAN总线的楼宇控制系统主要由模拟、开关量前端模块,和上位管理机构 成,前端模块是个小的智能单元,核心部分是8051单片机,通信部分采 用SJA1000CAN协议芯片,完成信号的采集和控制工作。上位机由PC机 加入PC!插卡,插卡由PCI接口芯片CH365完成PCI总线和SJA10OO通 信,结

2、构简单,通信可靠。CAN总线提供了标准网络协议的数据链路层, 没有相应的高层通信协议,为此设计了简单的通信协议,完成设备的识别, 数据的可靠传输,网络的控制。由于网络是个多主的网络,可以方便的 实现单主机的查询工作方式,和设备之间的点对点通信。CAN总线在楼宇控制中的应用，提高了楼宇的智能化水平并降低了设 备和管理成本，具有广泛应用前景。关键词:智能楼宇;CAN现场总线;8051单片机;通讯协议AbstractBuilding automation control system consists of modem sensor technology, computer communicatio

3、n technology on buildings of all electrical and mechanical facilities for signal acquisition, control and provide effective security for property management, to equipment used in the best condition.The designed CAN based building automation system is composed of front-end modules and a PC with commu

4、nication card as the system supervisor. The front-end module is an intelligent unit designed around 8051 micro-controller, with I/O interfaces to perform data acquisition and control action, the CAN interface is designed by using SJA1000 CAN controller chip to fulfill the network communication tasks

5、. The communication card mount in PC uses CH365 to link PCs PCI bus and perform data exchange to/from CAN bus via SJA1000.A simple communication protocol is designed based on the CANs physical and data link layer protocols. The protocol fulfills the tasks of equipment identification, reliable data t

6、ransfer, network control.The application of CAN based building automation system will raise the intelligent level, degrease the cost of management and improve the reliability and safety of the building. Obviously, such a system is of broad application prospects.Keywords :intelligent buildings,CAN fi

7、eld bus,8051meu,communication protocol摘要IAbstractII第1章绪论11.1 背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 主要研究内容3第2章CAN总线技术综述42. 1 CAN总线简述42.2几种常用的现场总线技术52. 3现场总线的技术特点与优点72.4CAN协议的物理层91.1.1 I媒体相关接口(乂D1)91.1.2 物理媒体附属装置(PMA)91.1.3 物理信令(PLS)92.5 CAN总线数据链路层102.5 . 1逻辑链路控制(LLC)和媒体访问控制(MAC)102.6 .2 CAN的帧格式112.6 CAN的通信过程132.7 本章

8、小结15第3章 基于CAN的楼宇自动化系统总体设计163.1基于CAN的楼宇自动化网络拓扑163. 2CAN的网络通信协议173.2. 1帧格式173. 2. 2总线的通信方式:183.3本章小结19第4章 测控终端的设计204. 1单片机 AT89c52204.2 A/D 转换器 ADC0809204.3 . 1接口方法及工作方式234.2.2在系统中的应用234.3 RAM/IO 扩展芯片 8155244. 3. 1引脚功能说明255. 3.2地址编码及工作方式256. 3.3 8155的定时/计数器277. 3.4在系统中的应用284.4 测控终端的组成284.5 微控制器80c5229

9、4.6 6基于SJA1000的CAN通讯接口电路304. 6. 1硬件设计305. 6.2接口软件设计315.7 输入与输出通道的设计314. 7.1模拟量输入模块式设计315. 7.2模拟量输出模块设计:326. 7.3模拟通道的隔离337. 7. 4开关量输入模块348. 7.5开关量输出模块345.8 测控终端的软件设计345.9 软件设计系统流程345.10 10本章小结35结论36致谢37参考文献38附录40附录A:总原理图40附录B:元器件清单表41附录C:系统总程序42第1章绪论1.1背景及意义目前日益流行的智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技术与计算机

10、信 息技术相结合的产物,是信息社会的需要,也是未来建筑发展的方向。智 能建筑主要由楼宇自动化系统(Building Automation system,缩写为BAS)、 通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中,楼宇 自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是 利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的 综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到个控制网络上,通过 网络对其进行综合的控制,这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设 备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境,同时实现 高效节能的要求。计算机控制

11、系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元 组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统CS) 后,随着微处理器技术和集成电路技术的飞速发展,到了现在的现场总线 控制系统。现场总线也被称为自动化领域的计算机网络,是当今自动化领 域技术发展的热点之一,它标志着控制技术进入了一个新的时代。随着我国现代化建设的飞速发展,经济实的增长,我国建筑智能化 的需求不断增长,一座座高水平、高要求的智能楼宇应运而生。对楼宇的 智能化技术提出了新的要求。目前智能建筑中建筑设备自动化系统包容的 设备和子系统既多又复杂。由于不同厂商提供的不同的产品和系统，其通 讯协议不同,造成通讯速率、编码格式

12、、同步方式、通讯规程各不相同, 因而使这些产品实现互操作和系统的互连很困难。如果系统中各种设备及 子系统不进行互连而独立运作,则不能进行一体化协调运作,导致管理效 率抵、维修困难、扩展维护费用高。近30年来,世界上根据楼宇的智能化需求,相继开发出批楼宇控制 系统，如美国霍尼维尔公司的Excel5000控制系统、西门子的5600控制 系统、江森公司的DXglOO控制系统等。长期控制着我国和世界的楼宇 控制市场。获得了丰厚的利润。这些控制系统使有其独立的、封闭的控制协议,使得其它任何控制设 备均无法与其兼容,严重的影响了行业的发展。智能建筑的业主和管理者迫切需要降低投入和提高效率。他们要求智 能建

13、筑的各子系统集成在起,为实现系统和设备集成和互操作,必须有 种有效的方法实现系统和设备之间的通讯。因此就需要系统具有真正的 开放性。所谓开放系统即建筑设备自动化系统的所有部件均以公认的工业 标准技术制造。系统符合公认的工业结构,因而不同厂商的产品,可以组 合从而实现互操作。它具有两个要求内:(1)系统的技术标准和规范所有厂商必须共同遵守;(2)同样功能的部件虽由不同厂家生产,但可以互相替换,可以互操作。开发具有我国独立知识产权、国有品牌的控制系统不仅非常必要而且 是可能的。基于总线技术的智能楼宇控制系统就是根据智能建筑市场的要 求以及先进的总线技术的支持，而产生的种极具生命力的控制系统。1.

14、2国内外研究现状为了加速楼宇智能化技术的发展,加强各楼宇智能化控制系统厂商的 合作。世界各国一直在致于研究一种平台，这平台能够使世界各国楼宇 智能化控制系统厂商产品得到最佳兼容。目前基本采用二种方式。种是 编写种专用的协议，用来规范楼宇能量管理与控制系统。另种则采用 现有的、国际上通用的网络协议来规范楼宇能量管理与控制系统。后种 则是本文要介绍的基于总线技术的智能楼宇控制系统。现场总线技术进入我国已经有好几年了,在前面了解学习和宣传的基 础上,已进入了开发和应用阶段。由于我国市场潜巨大且正处于经济快 速发展的阶段,各种现场总线的主要支撑企业都看好中国市场,在中国展 开了激烈的竞争。竞争的集中体

15、现是在国内引起现场总线协议的争论,而 争论的焦点则是哪种现场总线更好。国内现场总线的发展趋势是:(1)多种现场总线在国内展开激烈竞争,重 点是在应用工程;(2)国内自己开发的现场总线产品开始投入市场;(3)国内 各行业对现场总线的工程应用迅速发展。从“九五”起,我国政府开始投资支持现场总线的开发。这期间国家 机械工业局、教育部和中科院组织力量对HARI,、FF等现场总线展开研 究和开发。到现在已经取得了阶段性成果,HARI,仪表己经开始批量试用, FF仪表也在投入试用。此外还有一些企业自筹资金开发现场总线。但是总 的来说还不能满足广大用户的要求。国内企业要推广现场总线产品,目前的主要困难是:产

16、品尚不成熟； (2)扩充和配齐品种规格所需的开发力量(资金和人)不足；(3)市场开发的 投入不足。外国企业如果能在我国开发市场和推广应用,那么,现场总线 的市场打开后,国内企业销售产品则会轻松得多。现在要使用现场总线,客观地说,绝大部分使用的是国外的产品。要推动我国现场总线的发展,则应借助外国公司的力量,大力推动现场总线 的应用。如果停留在关于总线的争论上反而使用户无法判断到底应该用哪 种现场总线,这样则会阻碍现场总线在我国的发展。1. 3主要研究内容本文首先介绍了控制系统的发展,分析了各种控制系统的特点,提出 了现场总线技术在控制领域的应用前景,特别是CAN总线的先进性。接 着分析了基于CA

17、N总线的楼宇控制系统的组成,开发设计了模拟、开关 量前端模块，和上位管理机模块。前端模块是个小的智能单元,核心部 分是8051单片机,通信部分采用SJA1000CAN协议芯片，完成信号的采 集和控制工作。上位机由PC机加入PCI插卡,插卡由PCI接口芯片CH365 完成PCI总线和SJA10OO通信,结构简单,通信可靠。CAN总线提供了 标准网络协议的数据链路层,没有相应的高层通信协议,为此设计了简单 的通信协议,完成设备的识别,数据的可靠传输,网络的控制。由于网络 是个多主的网络,可以方便的实现单主机的查询工作方式,和设备之间 的点对点通信。第2章CAN总线技术综述2. 1 CAN总线简述现

18、场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。所谓现场总线, 就是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它 在制造业、流程工业、控制、交通、楼宇等方面都具有广泛的应用前景。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自 都具有了数字计算和数字通信能力,采用可进行简单连接的双绞线等作为 总线的传输界质,把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现场总线 为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络与控 制系统。现场总线使自控系统与设备具有了数字通信的能力,把它们连接 成网络系统,向

19、我们展示了 一种全新的系统集成理念。上个世纪七八十年代,伴随着计算机可靠性提高,价格大幅下降,出 现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统 (Distributed Control System,简称DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过 程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量 变送仪表一般是模拟仪表,因此它属于种模拟数字混合控制系统,这种 系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。DCS在工业自动化控制领域 获得了广泛的应用,也开始应用到楼宇自动化控制领域囘。但是DCS存在 如下些缺点:(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式,导致接线

20、庞 杂、工程周期长、安装费用高、维护困难;(2)可靠性差。模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差;(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统,系统封闭、不开放,难以实现 产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。上个世纪90年代以来,随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展, 出现了基于现场总线的控制系统(FCS), FCS克服了 DCS的缺点,它是 种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制 系统。目前,现场总线技术已经成为自动化技术中的个热点,备受国内 外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐 且技术含量较低的布线工作量,使其系统检测和控制单元的分

21、布更趋合理。 与传统的DCS(分布式控制系统)相比,FCS具有可靠性高、可维护性好、 成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线 的出现,为业自动化带来了一场深层次的革命,从而开创了工业自动控 制的新纪元,被誉为自动化领域的计算机局域网四。鉴于FCS的许多优点, 控制专家们纷纷预言FCS将取代DCS成为21世纪控制系统的主流。” 现在,FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。2. 2几种常用的现场总线技术(1)基金会现场总线基金会现场总线(FF, Foundation Fieldbus)是在过程自动化领域得到 广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国FIShe、Ro

22、semount 公司为首,联合Foxboro、横河、ABB,西门子等80家公司制订的ISP协 议和以Honeywell公司为首,联合欧洲等地的150家公司制订的W6rldFIP 协议。屈于用户的压,这两在集团于1994年9月合并,成立了现场总线 基金会，致于开发出国际上统啲现场总线协议。FF的体系结构参照150/051模型的第1、2、7层协议,即物理层、数 据链路层和应用层,另外增加了用户层。FF现场总线最初包括低速总线 H1(速率为31.25kbPs)和高速总线HZ(速率为1Mbps和2.0Mbps)两部分。但 随着多媒体技术的发展和工业自动化水平的提高,控制网络的实时信息传 输量越来越大,

23、HZ的设计能力已不能满足实时信息传输的带宽要求。因 此,现场总线基金会放弃了原有HZ总线计划,取而代之的是将现场总线 技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型高速现场总线基金会 HSE(High Speed Ethernet)现场总线,并于2000年3月发布了 HSE的最终 规范(HSE1.0版)。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射。(2)LonworksLonworks”是由美国Echefbn公司推出并与摩托罗拉、东芝公司共同 倡导,于1990年正式公布而形成的。它采用了 150/051模型的全部七层通 讯协议,采用了面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化 为参数设置,其

24、通信速率从300bps至1.0Mbps不等,直接通信距离可在 2700m(78Kbps,双绞线);支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、 电线等多种通信介质,并开发了相应的本质安全防爆产品,被誉为通用 控制网络。Lonworks技术核心是具备通信和控制功能的Neuron神经元芯 片,它能完整地实现Lonworks的LonTalk通信协议。集成芯片中有3个8 位CPU, 一个用于完成开放互连模型中的第1和第2层的功能,称为媒体 访问控制处理器,实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成3 -6层的 功能,称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选 择、软件计时、网络管理,并负责

25、网络通信控制,收发数据包等;第三个是 应用处理器,执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲 区,以实现CPU之间的信息传递,并作为网络缓冲区和应用缓冲区。Echelon公司的技术策略是鼓励各OEM开发商运用Lonworks技术和 神经元芯片,开发自己的应用产品,据称目前已有2600多家公司在不同程 度上卷入了 Lonworks技术，100多家公司已经推出了 Lonworks产品，并 进步组织起Lonworks互操作协会,开发推广Lonworks技术与产品。它 己被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运 输、工业过程控制等行业，在组建分布式监控网络方面有较优越的

26、性能。 另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面,Lonworks神经元芯片也具 有独特的优势。(3)PROFIBUSPROFIBUS是德国国家标准D州19245和欧洲标准EN50170的现场 总线标准。由 PROFIBUS - DP, PROFIBUS - FMS, PROFIBUS - PA 组成了 PROFIBUS系列。DP型用于分散外设间的高速数据传输,适合于 加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范,PROFIBUS FMS适 用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于 过程自动化的总线类型，它遵从IECII58 2标准。该项技术是由西门子 公司为主的十儿家

27、德国公司、研究所共同推出的。它采用了 051模型的物 理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。可实现总线供电与本质安全防 爆。(4)HARTHART 是 Highw 盯 AddressableRemoteTransdueer 的缩写,1986 年 由Rosemount公司提出的种通信协议,于1993年成立了 HART通信基 金会。HART是在4-20InADC模拟信号上迭加FSK(频移调制键控)数字 信号,因此它既可连接4 一 20nlADC模拟仪表,也可连接数字通信仪表, 所以它是模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品,因而在当前的过 渡时期具有较强的市场竞争能力,得到了较快发展。(5)C

28、ANCAN是控制局域网络(ControIAreaNetwork)的简称，最早由德国BOSH 公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范已 被!50国际标准组织制订为国际标准。由于得到了 Motorola, Intel, Philip, siemens, NEC等大公司的支持,它广泛应用在离散控制领域。CAN协议 也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的,但其模型结构只 有三层,即只取051底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。其信号 传输介质为双绞线。通信速率可达lMbPs/40m。可挂接设备数最多可达110 个。CAN的信号传输采用短帧结构，每帧的有效字节数为8

29、个，因而传 输时间短,受干扰的概率低。当节点严重错误时,具有自动关闭的功能, 以切断该节点与总线的联系,使总线上的其他节点及其通信不受影响,具 有较强的抗干扰能力。CAN总线是种有效支持分布控制或实时控制的串行通信网络。在各 种业现场总线中CAN总线以成本较低、速度快、实时性、可靠性较高 的特点适应于现代汽车电子、医疗、军事等领域的产业。CANopen协议定 义了应用层和通讯子协议,为可编程系数、不同器件、借口及应用子协议 定义了帧状态为现场总线的全数字分布控制系统的广泛应用以及把系 统体化管理提供了有效的方案。CANopen协议是基于CAN串行总线系统和应用层CAL的高层协议。 CAL提供了

30、网络管理服务和报文的传送协议。CANopen在CAL基础上使 用了 CAL通讯和服务协议子集的一种实现方案,在保证网络节点互用性的 同时,允许节点的功能随意扩展。在嵌入式系统用用的发展,许多总线已 经不能满足高性能、高实时性系统的要求,CAN总线是当前比较有希望成 功的。CAN总线是本课题所采用的总线类型,将在后面的章节中具体介绍。2. 3现场总线的技术特点与优点(1)系统的开放性和互可操作性现场总线是开放式互连网络,所有的技术和标准都是公开的,制造商 必须共同遵守。这样用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可与同 层网络互连,也可与不同层网络互连。另外,用户可以极其方便地共享网 络数据库。

31、同时开放性也意味着现场总线将打破DCS大型厂家的垄断,给 中小企业带来了平等竞争的机遇。互可操作性则是指用户可按自己的需耍 和考虑,将不同制造商的符合同一协议的不同品牌的仪表集成在起,构 成所需要的控制系统,不必为集成不同品牌的产品而在硬件或软件上花费 气或者增加额外投资。(2)现场设备的智能化与功能自治性微控制器植入现场设备后,现场设备自身便可完成传感测量、补偿计 算、控制等基本功能，并且可以随时诊断设备的运行状态。(3)系统结构的高度分散性在传统的DCS中,体现的是集中管理与分散控制的思想,而现场总线 则构成了一种新的全分散性控制系统的体系结构,从根本上改变了现有 DCS集中与分散相结合的

32、集散控制系统体系，简化了系统结构。由此可见, 现场总线系统具有更高的可靠性和灵活性,易于进行重组和扩建,并且便 于维护。(4)对现场环境的适应性工作在生产现场前端,作为工厂网络底层的现场总线,是专为现场环 境而设计的,可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电线等, 具有较强的抗干扰能力,能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安 全防爆要求等。因此,现场总线控制系统是种全新的、有着强劲生命力 的新型控制系统。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以标识 (identifier)对信息进行优先权的分级。任何节点均可向全网络广播发送数 据,其它节点则根据所接收到的标识来决定

33、是否处理所接收到的信息。CAN是种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,由于其 通信速率高，可靠性好,价格低廉等特点,使其特别适合中小规模的工业 过程监控设备的互连和交通运载工具电气系统中,因而受到工业界的广泛 重视,并己公认为最有前途的现场总线之。CAN总线产品由于结构简单、应用灵活方便、可靠性强、价格低廉等 优点,越来越受到工业界青睐。据1992年成立的国际CAN用户和制造商 非牟利组织CIA(CAN in Automation)统计,在1998年销售了 9700万个节 点。其中80%安装于欧洲(其中又有80%安装于德国)。CAN节点的80%应 用于车辆,其余应用于嵌入式网络和工业控

34、制系统，如工厂控制系统、机 器人控制系统、监测系统、机床控制系统等。在欧洲高能物理项目CERN 中也采用了 CAN总线。CAN具有如下主要特性： 多主站依据优先权进行总线访问 无破坏性的基于优先权的仲裁 借助接收滤波的多地址帧传送.远程数据请求 全系统数据相容性 错误检测和出错信令 发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送 暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离CAN按照开放系统互连(OSI)基本参考模式(1507498)实现了 一种简化 的051模型，它只具有051七个层次中的两层:数据链路层和物理层。这两 层一般固化在专用的CAN总线接口芯片和微处理器中。CAN总

35、线系统的 开发者在软件上主要进行应用层的工作。CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处 理,包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等多项工作。 CAN总线各节点之间依据优先权进行总线访问,以广播的形式进行通信。2. 4 CAN协议的物理层物理层可进步划分为三部分1叫MDI、PMA和PLSo2. 4. I媒体相关接口但91)媒体相关接口(MDP,Medium Dependent Interface)实现物理媒体与媒体 访问单元(MAU)之间机械和电气接口,MAU表示用于偶合节点至发送媒 体的物理层的功能部分,由PMA和MDI构成。CAN总线的通信线路由双 绞线组成,

36、两根导线分别为CAN-H和CAN-L这两根导线也就是CAN 网络中的总线。网络中所有的节点都挂接在该总线上,并且都通过这两根 导线交换数据。2. 4. 2物理媒体附属装置(PMA)物理媒体附属装置(PMA,Physical Medium Attachment)实现总线发送/ 接收的功能电路并可提供总线故障检测方法。当在总线上存在“显性,位和“隐性”位同时发送时,节点发送驱动电 路的设计使得总线数值表现为“显性。在总线空闲位期间，总线表现隐性 状态(即逻辑1)。“显性”状态改写“隐性”状态启动发送并进行各节点之间的 同步。CAN总线上的数据按位串行传输,其传输速率可在5kbPs1Mbps之 间选

37、择,在速率为5Kbps时传输距离可为达10km,在速率为IMbPs时的 传输距离为40m。当然,挂接在同一条总线上的所有节点都必须采用相同 的传输速率。3. 4. 3物理信令(PLS)物理层中的物理信令(PLS - PhysicalSigualling)实现与位表示、位定 时和位同步相关的功能。位表示、定时确定了正常位时间,正常位时间=同步段(Tsyncseg)+时间 段l(Tsegl)+时间段2(Tseg2)。同步段对应个系统时钟周期。时间段1由 补偿传播延迟的时间段和直接采样点前同步缓冲段组成,决定了定位周期 内采样点的位置一位于时间段1的结束。时间段2提供采样点上的附加时 间以计算后续位

38、电平以及采样点后的直接同步缓冲段。时间段1和时间段2由CAN控制器的BTRO和BTR!通过编程决定。CAN总线的同步也是由物理信令完成的。它将到来沿同其实际位定时 进行比较,并通过同步适配位定时,同步包括硬同步和重同步两种。硬同步仅发生在报文的开始。硬同步后,位时间由每个定时逻辑单元 从同步段重新启动。因此，硬同步强迫引起硬同步的边沿处于重新启动位 时间的同步段内。重同步发生在报文位流发送期间,以补偿个别CAN控制器振荡频率 的变化以及由于从个发送器转至另个发送器引入的变化。重同步的结 果是时间段1被延长或时间段2被缩短,这两个时间段的延长或缩短的总 和上限由重同步跳转宽度给定。当引起重同步沿

39、的相位误差幅值小于或等 于重同步跳转宽度编程值时,重同步的作用与硬同步相同;当相位误差幅值 大于重同步跳转宽度,且相位误差为正时,则时间段1延长总数为重同步 跳转宽度;当相位误差幅值大于重同步跳转宽度且相位误差为负时,则时间 段2缩短总数为重同步跳转宽度。硬同步和重同步遵从下列规则:1)在, 个位时间内仅允许种同步。2)只要在先前采样点(先前读到的总线数值)上检测到的数值与总线数值 不同,沿过后立即有一个沿被用于同步。3)在总线空闲期间，当存在个“隐性,至“显性”的跳变沿,则执行 次硬同步。4)所有履行以上规则1和2的其他“隐性”至“显性”跳变沿都将被用于重 同步。例外情况是,对于具有正相位误

40、差的“隐性”至“显性，,的跳变 沿,只要“隐性”至“显性”的跳变沿被用于重同步,发送显性位的节点 将不执行重同步。2. 5 CAN总线数据链路层2. 5. 1逻辑链路控制(LLC)和媒体访问控制(MAC)数据链路层划分为:逻辑链路控制(LLC,Logic Link Control)和媒体访问 控制(MAC Medium Access Control),在 CAN 技术规范 2.0A 版本中, LLC和MAC子层服务和功能被描述为“目标层，,和“传送层”0纥逻辑链路控制(LLC)子层提供的功能有:1 ).接收过滤:在LLC子层上开始的帧跃变是独立的,其自身操作与先 前的帧跃变无关。数据帧内容由标

41、识符命名。标识符并不能指明帧的目的 地,但描述数据的含义,每个接收器通过接收过滤确定此帧与其是否有关。2 .）超载通告:如果接收器内部条件要求延迟下个LLC数据帧或LLC 远程帧,则通过LLC子层开始发送超载帧,最多可产生两个超载帧,以延 迟下一个数据帧或远程帧。3.）恢复管理:发送期间,对于丢失仲裁或被错误干扰的帧,LLC子层具 有自动重发送功能,在发送成功完成前,帧发送服务不被用户认可。媒体 访问控制（MAC）子层功能有:根据功能可以将MAC子层划分为完全独立的 两部分发送部分和接收部分，两部分的功能如下:发送部分功能包括:1）发送数据封装:接收LLC帧和接口控制信息，CRC计算,通过LL

42、C 帧附加SOF、RTR位、保留位、CRC、ACK和构造MAC帧。2）发送媒体访问管理:总线状态检查,MAC帧串行化,插入填充位, 丢失仲裁时转入接收方式,错误检测,应答校验,超载检测,构造并发送 超载帧,构造并发送出错帧,输出串行位流至物理层准备发送。接收部分功能与发送部分功能相反,主要包括：1）接收媒体访问管理:由物理层接收串行位流,解除串行结构并重新构 筑帧结构,检测填充位,错误检测,发送应答,构造并发送错误帧,确认 超载条件,重激活超载帧结构并开始发送。2）接收数据卸装:由接收帧去除MAC特定信息,输出LLC帧和接口控 制信息至LLC子层。2. 5. 2 CAN的帧格式在CAN中报文是

43、以帧为单位进行传送的，只有一帧数据所有位都没 有出错,报文才算正确传送,否则报文无效,必须重新发送和接收。在CAN 技术规范中口刀,规定了总线上传输的四种帧类型:数据帧携带数据由发送器至接收器;远程帧请求其它节点发送具有相同标识符的数据帧;出错帧一由总线上各节点通过检测到错误后的响应组成;超载帧用于提供当前的和后续的数据帧和远程帧之间的附加延迟。1）数据帧由7个不同的位场组成:即帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、 应答场、数据场和帧结束。帧起始标志数据帧的起始,它仅由一个“显性”位构成。只在总线处于 空闲状态时,允许某节点开始发送,所有节点必须都同步于首先开始发 送的那个节点的帧起始前沿。仲裁

44、场在标准格式和扩展格式中是不同的。 在标准格式中,仲裁场由由11位标识符和远程发送请求（RTR）位组成;在扩 展格式中,仲裁场由29位标识符、替代远程请求位（SRR）、标识位和远 程发送请求位（RTR）组成。标准格式和扩展格式不同在于仲裁场与控制场, 其他的位场相同。控制场由6位组成。标准格式和扩展格式不同。在标准格式中,一帧 包括数据长度码,发送“显性,电平的IDE位和保留位RO;在扩展格式中, 帧包括数据长度码和两个保留位Rl，R0,这两个保留位必须发送“显性” 电平。数据长度码指明数据场的字节数目,字节数为0-8。数据场、CRC场、应答场、帧结束在标准格式和扩展格式中都相同。 数据场都由

45、数据帧中被发送的数据组成,它可以包括从0至8个字节，每 个字节包括8位,其中首先发送最高有效位。CRC场包括CRC序列和CRC 界定符。CRC界定符必须是“隐性”位。应答场为两位,包括应答间隙和应 答界定符。在应答场中发送站送出两个“隐性”位。个正确地接收到有效 报文的接收器,在应答间隙（送“ACK，）期间,将此信息通过传送一个“显 性”位报告给发送器。所有接收到匹配CRC序列的站,通过在应答间隙内把“显性,位写入 发送器的“隐性”位来报告。应答界定符是应答场的第二位,并且必须是“隐 性”位,因此,应答间隙被两个“隐性,位包围。每个数据帧和远程帧均由 7个“隐性”位组成的帧结束标志序列界定。2

46、）远程帧当个节点希望接收某些信息时,可以借助于传送个远程帧启动信 息源节点的数据发送。远程帧由6个位场组成:帧起始，仲裁场,控制场, CRC场，应答场和帧结束。与数据帧相比,远程帧的RTR位为“（总线上 为隐性电平）,没有数据场,数据长度码无效,其它场与数据场相同。3）出错帧CAN的MAC子层可以检测位错误、填充错误、CRC错误、格式错误 出错、应答错误五种错误。当任一节点检测到五种错误中的一种错误,就 发出个出错帧。出错帧由两个场组成:第一个场由来自各站的错误标志叠 加得到,第二个场是出错界定符。错误标志有两种:种是活动错误标志（Active error nag）,由6个连续 的“显性”位组

47、成;另种是认唄或被动）错误标志（Passive error nag）,由6 个连续的“隐性”,位组成。个检测到出错条件的“错误激活,站通过发 送个活动（或称主动）错误标志进行标注,这出错标志违背了所有场的 填充规则或者破坏了应答场或帧结束场的固定形式,因而,其它站将检测 到出错条件,并开始发送它们的认可（或被动）出错标志,这些出错标志在 总线上叠加为个总长度为612的序列，为出错帧第一个场。个检测到出错条件的“错误认可”站试图发送个认可错误标志进行 标注。该“错误认可”站自认可错误标志为起点等待6个相同极性的连续位。 当检测到6个相同位后,认可错误标志完成。第二个场是出错界定符。出错界定符包括

48、8个“隐性”位,错误标志发 送后,每个站都送出隐性位,并监视总线,直至检测到“隐性”位,此后, 开始发送剩余的7个“隐性”位。4）超载帧超载帧由超载标志和超载界定符组成。导致数据超载有两个条件:是 接收器线路在接收下帧之前,需要更多的时间处理当前的数据,即接收 器未准备好;二是在间歇场的第一和第二位上检测到“显性”位。由前个超 载条件引起的超载起点在期望间歇场的第一位时间开始;由后面超载条件 引起的超载帧在检测到“显性”,位后一位开始。超载标志由6个“显性”位 组成,破坏了间歇场的固定形式，因此所有其他站都将检测到个超载条 件,并且由它们的部件开始发送超载标志。超载界定符由8个“隐性”位组 成。发送超载标志后,节点监视总线直至检测到由“显性，,至“隐性”位的 发送。5）