基于can總線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、基于CAN總線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1前言控制器局域網(wǎng)（CAN－ControllerAreaNetwork）屬于現(xiàn)場總線（Fieldbus）的范疇，是眾多的屬于現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，它適用于工業(yè)控制系統(tǒng)，具有通信速率高、可靠性強(qiáng)、連接方便、性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，以其短報(bào)文幀及CSMA/CD-AMP（帶有信息優(yōu)先權(quán)及沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問）的MAC（媒介訪問控制）方式而倍受工業(yè)自動化領(lǐng)域中設(shè)備互連的厚愛。CAN的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用于汽車系統(tǒng)、機(jī)

2、械、技術(shù)設(shè)備和工業(yè)自動化里幾乎任何類型的數(shù)據(jù)通信。CAN具有如一下優(yōu)點(diǎn)：1）使用簡單方便。許多CAN控制器實(shí)現(xiàn)了CAN物理層及數(shù)據(jù)鏈路層的大部分功能，用戶只須對CAN控制器進(jìn)行初始化和對CAN總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)操作即可實(shí)現(xiàn)通信；2）高可靠性。CAN上的最大通信速率可達(dá)1Mbps，CAN總線是多主節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過總線仲裁獲得總線控制權(quán)。完善的錯誤處理機(jī)制保證了高噪聲干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)傳送的安全可靠；3）系統(tǒng)可擴(kuò)展性能好。CAN總線是基于發(fā)送報(bào)文的編碼，而不是對CAN控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，故增添或刪除CAN節(jié)點(diǎn)不會對系統(tǒng)造成太大的影響。C

3、AN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行信息傳送，它支持4種不同類型的報(bào)文幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、超載幀和錯誤幀。報(bào)文中包含信息標(biāo)識符ID，它標(biāo)志了報(bào)文的優(yōu)先權(quán)。CAN總線上各個節(jié)點(diǎn)都可主動發(fā)送，總線上的報(bào)文采用標(biāo)識符ID進(jìn)行仲裁，ID值越小，優(yōu)先級越高。具有最高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的節(jié)點(diǎn)贏得總線使用權(quán)，而其它節(jié)點(diǎn)自動停比發(fā)送。在總線再次空閑后，這些節(jié)點(diǎn)將自動重發(fā)原報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都可由ID來自動決定是否接收該報(bào)文。每個節(jié)點(diǎn)都有ID寄存器和屏蔽寄存器接收到的報(bào)文只有與該屏蔽的功能相同時，該節(jié)點(diǎn)才開始正式接收報(bào)文，否則它將不理睬ID后面的報(bào)文。這使CAN

4、系統(tǒng)非常靈活，可任意擴(kuò)展或改變網(wǎng)絡(luò)組成。C8051F系列單片機(jī)是集成的混合信號片上系統(tǒng)SOC（Systemonchip），具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。正是由于其體積小、集成度高、功能多、配置容易、使用方便等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于智能儀表、數(shù)據(jù)采集、自動化控制等領(lǐng)域。因此本文采用C8051F120設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議，充分發(fā)揮其體積小、可靠性高的特點(diǎn)。C8051F120是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)

5、MCU芯片，具有64個數(shù)字I/O引腳（100腳TQFP封裝）。2數(shù)據(jù)傳輸格式的制定在CAN2.0規(guī)范中規(guī)定，每次收發(fā)最多只能傳送8字節(jié).這可以滿足大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工控狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)的一般要求；但實(shí)際應(yīng)用中，往往出現(xiàn)傳送多于8字節(jié)的要求，此時應(yīng)通過報(bào)文的拆卸和拼接技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)。本文在CAN2.0A的基礎(chǔ)上，定義了簡單的傳輸格式，完成了單幀數(shù)據(jù)和多幀數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快捷的傳輸。信息傳遞格式如表一所示:其中，各位的含義如下：FF:0表示為標(biāo)準(zhǔn)格式，1表示為擴(kuò)展格式；RTR:0表示為數(shù)據(jù)幀，1表示為遠(yuǎn)程幀；DLC.X:數(shù)據(jù)長度代碼位（

6、0～8）；ID.X:信息標(biāo)識符位:ID.28～I(xiàn)D.26為信息功能標(biāo)識???ID.25～I(xiàn)D.21為接收任務(wù)標(biāo)識???ID.20～I(xiàn)D.18為接收節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)識X:保留位，默認(rèn)為0，不能對保留位進(jìn)行寫操作；DATAO:數(shù)據(jù)場的第一個字節(jié)，本協(xié)議中用來表明數(shù)據(jù)的屬性；DATA0.7～DATAO.5為發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)識；DATA0.4～DATAO.1為數(shù)據(jù)功能標(biāo)識???DATA0.00為擴(kuò)展位，‘0’表明數(shù)據(jù)長度小于8不用擴(kuò)展，‘1’表示數(shù)據(jù)長度大于8需要擴(kuò)展DATA1作傳遞次數(shù)索引。?DATA1:DATAO.0為0時，傳遞數(shù)據(jù)；DAT

7、AO.0為1時，為數(shù)據(jù)傳遞次數(shù)的索引。本文設(shè)計(jì)的信息優(yōu)先級從高到低依次為:信息功能標(biāo)識、任務(wù)功能標(biāo)識和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)識。信息功能標(biāo)識設(shè)在ID的最高幾位，通過3位的功能代碼可以區(qū)分某些情況的8種基本功能:這些功能可以為節(jié)點(diǎn)狀態(tài)控制、節(jié)點(diǎn)保護(hù)、緊急情況通報(bào)以及有時間標(biāo)記的信息等；接收任務(wù)標(biāo)識表明本幀數(shù)據(jù)的任務(wù)屬性，容量為32；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址指示本次數(shù)據(jù)的目的地址，容量為8。DATA0.0在本協(xié)議中作為標(biāo)志位，用來區(qū)別單幀傳輸和多幀傳輸，解決了大于8字節(jié)的字符串的傳輸問題。當(dāng)標(biāo)志位為1時，表示傳送的是多幀數(shù)據(jù)；為0時表明是單幀數(shù)據(jù)。這樣

8、克服了CAN只能傳輸小于等于8字節(jié)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了大于8字節(jié)的數(shù)據(jù)的傳輸。為了識別多幀傳輸中可能會出現(xiàn)的重幀和丟幀現(xiàn)象，本協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)場第一字節(jié)作為多幀數(shù)據(jù)傳輸次序的索引。按照本協(xié)議制定的格式傳輸數(shù)據(jù)時，單幀最多傳輸7字節(jié)的實(shí)際數(shù)據(jù)：當(dāng)數(shù)據(jù)流長度大于7字節(jié)時，