CAN总线位定时和同步的研究与设计

分享到:

引 言

控制器局域网CAN是一种用于连接汽车和工业场合中电子控制模块、传感器和执行器的串行、多主通信规范。由于CAN总线具有很强的纠错能力、支持差分收发、传输距离远等特点,因此CAN总线用途非常广泛,现已成为工业数据通信领域的主流技术、基础技术,目前比较流行的TTCan,DeviceNet,CANo-pen,SAE J1939等规范均是以CAN为基础的,因此对CAN总线的深入研究是十分必要的。在CAN规范中,位定时和同步机制是既重要又难于理解的环节之一,它不仅关系到对波特率、总线长度等相关内容的理解,甚至对节点开发的成功与否产生直接的影响。然而,目前相关文献均缺乏针对CAN总线位定时和同步机制的详细分析和探讨。在此以CAN技术规范为基础,深入分析CAN总线的位定时和同步机制,给出硬同步和重同步的定义,并给出相应的图解解释方式,对位时间的组成与结构、同步的发生时刻、同步是如何进行的等关键内容给出了明确而又具体的分析。这里的工作对理解位定时和同步机制的本质、指导位时间参数的设置均具有较高的参考价值。

1 位定时

1.1 位时间的组成

位时间(位周期)tB即1位的持续时间。正常位时间tNBT是正常位速率fNBT(在非重同步的情况下,借助理想发送器每秒发送的位数)的倒数,即tNBT=1/fNBT。正常位时间可划分为几个互不重叠的时间段,这些时间段包括:同步段(SYNC-SEG)、传播时间段(PROP-SEG)、相位缓冲器段1(PHASE-SEG1)、相位缓冲器段2(PHASE-SEG2)。每个时间段由整数个被称为时间份额tQ的基本时间单位组成。tQ是由振荡器周期tCLK派生出的一个固定时间单元。一个时间份额的持续时间通常便是CAN的一个系统时钟周期tSCL。tSCL可通过可编程的预引比例因子进行调整。每个位时间必须由8~25个时间份额组成。位时间的组成如图1所示。


位时间的各个时间段均有其特定的用途:
(1)同步段用于使总线上的各个节点同步,要求有1个跳变沿位于此段内,该段长度为1个时间份额;
(2)传播时间段用于补偿网络内的物理延时,它是信号在总线上传播时间、输入比较器延时和输出驱动器延时之和的2倍,该段长度为1~8个时间份额;
(3)相位缓冲器段1和相位缓冲器段2用于补偿沿的相位误差,通过重同步,相位缓冲器段1可被延长或相位缓冲器段2可被缩短。
这些时间段的长度均是可编程的。在常用的通信控制器(SJA1000)或PAC82C200中,合并传播时间段和相位缓冲器段1,称为时间段1(TSEGl),相位缓冲器段2称为时间段2(TSEG2),如图1所示。

采样点是这样一个时刻:在此时刻上,总线电平被读取并被理解为其自身的数值。它位于相位缓冲器段1的终点。在重同步期间,采样点的位置被移动整数个时间份额,该时间份额被允许的最大值称为重同步跳转宽度(SJW),它可被编程为1~4个时间份额。值得注意的是,重同步跳转宽度并不是位时间的组成部分。

1.2 位定时的作用

位定时是由节点自身完成的(可编程),节点进行位定时的作用为:
(1)确定位时间,以便确定波特率(位速率),从而确定总线的网络速度;或在给定总线的网络速度的情况下确定位时间;
(2)确定1位的各个组成部分——同步段、传播时间段、相位缓冲器段1和相位缓冲器段2的时间长度,其中同步段用于硬同步,位于相位缓冲器段1终点的采样点用于保证正确地读取总线电平;
(3)确定重同步跳转宽度以用于重同步。

2 CAN总线同步机制分析

CAN规范定义了自己独有的同步方式:硬同步和重同步。同步与位定时密切相关。同步是由节点自身完成的,节点将检测到来自总线的沿与其自身的位定时相比较,并通过硬同步或重同步适配(调整)位定时。在一般情况下,引起硬同步和重同步发生的、来自总线的沿如图2所示。

继续阅读
利用黄铜条,如何实现简易水位测量?

液位测量数据是实现生产和过程控制的重要参数。现代化工业生产中会储存、运输、使用各种各样的液体原料和产成品,例如石油化工企业的油料和各种溶剂,制药、造纸企业生产使用的各种浆液和浆料,食品企业生产和储存的各种乳液和饮料、果汁等,都需要对其进行安全和完善的保存,因此这些液位数据可以说是保证企业能够正常稳定生产的基本要求。

RFID在煤矿安全中的工作原理及主要功能

引入和运用煤矿井下人员定位系统,工作人员佩戴的电子标签通过井下监控节点向监控中心传送他们的位置信息,实时掌握每个人在井下的位置及活动轨迹,对煤矿的安全生产将有积极作用,在一定程度上减少人员伤亡。平时,上传的位置信息也可以用做工作人员的考勤记录。

车载毫米波雷达产业链是如何布局的

毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器,早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。

美政府认为5G是新军备竞赛,赢家只有一个

美媒爆料,特朗普政府将5G定性为“新军备竞赛”。在这场竞赛中,赢家只有一个,成王败寇。为赢得“竞赛”,美国去年秘密向各国盟友施压,联手阻止中国制造商参与5G网络建设。

一文看懂车载毫米波雷达产业链

毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器,早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。