1. Prezentare generală a protocolului CAN
1.1 Originea și dezvoltarea protocolului CAN
Protocolul CAN a fost propus pentru prima dată de compania germană Bosch în 1983, cu scopul de a rezolva problemele de comunicare în sistemul electronic al automobilului. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, protocolul CAN este utilizat treptat pe scară largă în controlul industrial, echipamente medicale, casă inteligentă și alte domenii.
1.2 Caracteristicile protocolului CAN
Protocolul CAN are următoarele caracteristici:
- Control multi-master: protocolul CAN acceptă mai multe noduri pentru a comunica în același timp, ceea ce îmbunătățește-timpul real și fiabilitatea sistemului.
- Comunicare de difuzare: protocolul CAN adoptă metoda de difuzare pentru comunicare, toate nodurile pot primi datele trimise.
- Arbitraj ne-distructiv: atunci când două sau mai multe noduri trimit date în același timp, protocolul CAN asigură transmiterea corectă a datelor printr-un mecanism de arbitraj.
- Detectarea și tratarea erorilor: Protocolul CAN are funcții de detectare și tratare a erorilor, care pot detecta și gestiona erorile în procesul de comunicare în timp.
2. Componentele cadrului de mesaj CAN
Cadrul de mesaje CAN este cea mai elementară unitate de transmisie a datelor din protocolul CAN, iar componentele sale sunt după cum urmează:
2.1 Bit de pornire a cadrului
Bitul de început al cadrului este primul bit al cadrului de mesaj și este utilizat pentru a identifica începutul cadrului de mesaj.
2.2 Domeniul de arbitraj
Câmpul de arbitraj este folosit pentru a prioritiza datele de trimis. În protocolul CAN, lungimea câmpului de arbitrare este de 11 sau 29 de biți, corespunzător cadrelor standard și, respectiv, extinse. Cu cât valoarea câmpului de arbitraj este mai mică, cu atât prioritatea este mai mare.
2.3 Câmp de control
Câmpul de control este format din bitul Remote Transmission Request (RTR) și bitul IDE Extension. Bitul RTR este utilizat pentru a identifica dacă cadrul de date este un cadru de la distanță sau un cadru de date, iar bitul IDE este utilizat pentru a identifica dacă cadrul este un cadru standard sau un cadru extins.
2.4 Câmp de date
Câmpul de date este utilizat pentru a stoca datele reale transmise. Lungimea câmpului de date este de 0-8 octeți pentru cadrele standard și 0-64 de octeți pentru cadrele extinse.
2.5 Câmp de verificare
Câmpul sumei de control constă din verificarea redundanței ciclice (CRC) și delimitatorul CRC, care este utilizat pentru a detecta dacă există o eroare în datele în timpul transmiterii, și delimitatorul CRC, care identifică sfârșitul sumei de control CRC.
2.6 Câmp de răspuns
Câmpul de răspuns constă dintr-un interval de răspuns și un definitor de răspuns. Slot de răspuns este folosit pentru a primi un răspuns de la un nod, iar definitorul de răspuns identifică sfârșitul câmpului de răspuns.
2.7 Bit-de-cadru
Bitul de sfârșit-de-cadru este ultimul bit al unui cadru de mesaj și este utilizat pentru a identifica sfârșitul cadrului de mesaj.
3. Funcțiile stratului de legătură de date
Stratul de legătură de date este al doilea strat din modelul de referință OSI, care este în principal responsabil pentru transmiterea fiabilă a datelor peste stratul fizic. Funcțiile stratului de legătură de date includ:
3.1 Sincronizarea cadrelor
Sincronizarea cadrelor este una dintre funcțiile de bază ale stratului de legătură de date, care este utilizată pentru a se asigura că nodurile de transmisie și de recepție sunt capabile să identifice corect începutul și sfârșitul unui cadru de informații.
3.2 Controlul erorilor
Controlul erorilor este o altă funcție importantă a stratului de legătură de date, inclusiv detectarea erorilor și corectarea erorilor. Protocolul CAN utilizează verificarea redundanței ciclice (CRC) pentru detectarea erorilor pentru a asigura integritatea datelor.
3.3 Controlul fluxului
Controlul fluxului este utilizat pentru a preveni ca un nod de transmisie să trimită date prea repede pentru ca un nod de recepție să le proceseze. Stratul de legătură de date asigură o transmisie fiabilă a datelor prin controlul ratei la care sunt trimise datele.
3.4 Controlul accesului
Controlul accesului este o altă funcție cheie a stratului de legătură de date care este utilizată pentru a coordona comunicarea între mai multe noduri. În protocolul CAN, controlul accesului este realizat printr-un mecanism de arbitraj ne-distructiv pentru a asigura transmiterea corectă a datelor.
4. Aplicarea cadrelor de mesaje CAN în stratul de legătură de date
4.1 Sincronizarea cadrelor
În cadrele de mesaje CAN, bitul de început al cadrului și bitul de sfârșit al cadrului sunt utilizați pentru a realiza sincronizarea cadrului. Nodul de transmisie identifică începutul cadrului de mesaj prin trimiterea bitului de început al cadrului, iar nodul receptor sincronizează cadrul prin detectarea bitului de început al cadrului.
4.2 Controlul erorilor
CRC al câmpului sumă de control este utilizat pentru controlul erorilor în cadrul de mesaje CAN. Nodul de transmisie generează un CRC pe baza datelor și îl atașează la câmpul de date înainte de a trimite datele. După primirea datelor, nodul receptor recalculează suma de control CRC și o compară cu suma de control CRC primită pentru a detecta orice eroare în date.
4.3 Controlul fluxului
În protocolul CAN, controlul fluxului este realizat în principal prin mecanism de arbitraj. Când două sau mai multe noduri trimit date în același timp, protocolul CAN determină prioritatea prin mecanismul de arbitraj pentru a asigura transmiterea fiabilă a datelor.
4.4 Controlul accesului
În protocolul CAN, controlul accesului este realizat în principal prin mecanismul de arbitraj ne-distructiv. Când două sau mai multe noduri trimit date în același timp, protocolul CAN determină prioritatea datelor trimise comparând valoarea câmpului de arbitraj. Nodul cu prioritate mai mare poate continua să trimită date, în timp ce nodul cu prioritate mai mică trebuie să aștepte până când nodul cu prioritate mai mare termină să trimită date.