《CAN数据链路层》课件

数据链路层CANCAN数据链路层是CAN协议的重要组成部分，负责数据帧的传输和接收技术概述CAN应用范围广CAN总线主要应用于汽车电子系统，例如CAN总线也应用于工业自动化控制系统，发动机控制、车身控制、安全系统等例如机器人控制、PLC控制等CAN总线广泛应用于汽车、工业控制、医疗设备、航空航天等领域的特点CAN高可靠性高实时性

1.

2.12CAN总线支持错误检测和容错CAN总线采用优先级仲裁，保机制，提高网络可靠性证重要信息及时传递灵活性强成本低廉

3.

4.34CAN总线支持多种拓扑结构，CAN总线技术成熟，芯片成本便于网络扩展低，应用广泛的拓扑结构CANCAN总线采用总线型拓扑结构，所有节点通过一条双绞线连接总线型拓扑结构简单易于实现，成本低，适用于各种应用场景节点之间没有主从之分，任何节点都可以发送消息消息在总线上广播，所有节点都可以接收消息的帧格式CAN标准帧远程帧错误帧过载帧用于数据传输，包含数据域，用于请求数据，包含数据域，用于错误检测，用于错误检测用于处理数据过载，用于处理用于数据传输，包含数据域，用于请求数据，包含数据域，，用于错误检测数据过载，用于处理数据过载用于数据传输，包含数据域用于请求数据，包含数据域的仲裁机制CAN优先级优先级高的节点具有更高发送权，优先级低的节点必须等待仲裁过程多个节点同时发送数据，CAN控制器会进行位级比较，优先级高的节点获胜仲裁机制实现仲裁过程基于CAN总线上的电气特性实现，通过比较数据位的电平决定发送权仲裁机制作用确保多个节点能够协调共享总线资源，避免数据冲突的错误处理CAN错误帧错误计数器CAN总线出现错误时，节点会发送错误帧错误帧分为显性错每个节点都有一个错误计数器，用于记录自身发送或接收到的错误帧和隐性错误帧，分别对应数据线出现短路或开路的情况误帧数量当错误计数器达到阈值时，节点进入错误被动模式，停止发送数据帧的节点状态CAN休眠状态准备状态节点处于低功耗状态，不参与网节点已启动，但尚未加入网络，络通信可以接收网络信息活动状态节点已加入网络，可以发送和接收网络信息的同步机制CAN同步帧1每个CAN节点都有一个时钟，通过同步帧来保持一致位同步2每个位开始的上升沿作为同步点，进行同步时间段3每个位时间分为4个时间段，精确控制数据传输CAN网络中，每个节点都必须保持时间同步，才能确保数据传输的可靠性通过同步帧，每个节点都可以同步其内部时钟，并确定数据的起始位置的存储管理CAN数据缓存数据缓冲区数据记录数据管理机制CAN节点可以存储接收到的数CAN节点可以利用数据缓冲区CAN节点可以记录接收到的数CAN网络需要有效的存储管理据，以便稍后使用或处理来管理来自不同源的数据，避据，以便进行分析或故障诊断机制来确保数据的完整性和一免数据丢失致性的报文过滤CAN报文筛选接收节点可根据报文标识符筛选所需报文可配置接收过滤器，仅接收特定标识符的报文数据掩码数据掩码用于匹配报文数据部分，仅接收与掩码匹配的报文数据接受过滤器接受过滤器可以将报文标识符范围进行限制，仅接收特定范围内的报文的流量控制CAN流量控制机制硬件实现CAN协议不包含流量控制机制，使用缓冲区管理和优先级控制，但可以通过硬件或软件实现可以实现流量控制，避免网络拥塞软件实现使用轮询、优先级调度等算法，可以实现流量控制，保证网络的稳定性的时间特性CAN时间特性描述时钟同步所有节点共享一个时钟信号比特率数据传输速率，取决于网络需求延迟消息从发送节点到接收节点的延时抖动消息到达时间的随机波动的确认机制CAN错误帧确认域

1.

2.12当节点检测到错误时，会发送错误帧其他节点收到错误CAN协议中，数据帧和远程帧都有一个确认域，用于接收帧后，会停止发送数据，并进行错误处理节点向发送节点发送确认信息超时机制确认计数

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4.34如果发送节点在一定时间内没有收到确认信息，则会重新发送节点会记录确认信息的数量，如果确认计数达到一定发送数据，直到收到确认信息为止数量，则认为数据传输成功的时钟恢复CAN主节点时钟1主节点提供时钟信号同步信息2节点接收同步信息时钟恢复3节点根据同步信息调整自身时钟精准时间4保证网络中各节点的时间同步CAN网络中的时钟恢复机制确保所有节点保持时间同步主节点发出同步信息，节点接收后根据同步信息调整自身时钟这种机制可以有效地减少网络通信的延迟，提高网络的稳定性和可靠性的电气特性CAN电压范围CAN总线电压范围为

1.5V到

5.5V数据通过电压差值进行编码，并通过总线上的节点识别总线电气特性CANCAN总线使用差分信号传输数据每个节点使用一对双绞线连接到总线上的物理层CANCAN物理层定义了CAN总线上的电气特性，包括信号电压、传输速率等CAN物理层采用差分信号传输，具有较强的抗噪声能力，适用于恶劣的电磁环境数据链路层CAN数据帧格式仲裁机制定义了数据传输的结构，包括帧允许多个节点同时发送数据，通起始符、仲裁字段、数据字段、过优先级机制解决冲突CRC校验和帧结束符错误处理同步机制检测并处理网络上的错误，包括确保所有节点保持一致的时钟同数据错误、帧错误、位错误等步，确保数据传输的正确性的网络管理CAN网络状态监控网络配置管理实时监测网络节点状态，例如节点是否在线、配置网络参数，例如数据速率、报文过滤规则节点是否正常工作等等网络安全管理网络故障诊断保护网络安全，例如防止数据被篡改、防止网诊断网络故障，例如网络连接故障、节点故障络攻击等等的故障诊断CAN错误指示灯故障代码分析诊断工具电路图分析CAN网络出现故障时，会通过诊断工具可以读取CAN网络上专业的诊断工具可以对CAN网通过分析CAN网络的电路图，错误指示灯向用户发出警示信的故障代码，帮助维修人员确络进行测试和分析，识别故障可以帮助定位故障节点和线路号定故障原因并修复问题问题的故障容错CAN冗余设计错误检测使用多个CAN节点或通信路径CAN协议提供错误检测机制，来提高系统可靠性，即使部分例如CRC校验和错误帧检测，节点或路径出现故障，系统仍能够及时发现并处理通信错误能正常工作错误恢复一旦检测到错误，CAN节点会采取措施，例如重发数据或切换到备用节点，以恢复正常通信的性能特性CANCAN协议具有高可靠性、高效率和高实时性，可实现快速、可靠的数据传输CAN协议还具有灵活性和可扩展性，可轻松构建复杂网络100K10128速率节点数据CAN总线数据传输速率可达1Mbps CAN网络最多可支持100个节点每个CAN报文可传输的最大数据量为128字节的应用领域CAN汽车电子工业自动化医疗设备航空航天汽车电子系统广泛应用CAN工业自动化系统中，CAN总医疗设备中，CAN总线用于航空航天领域，CAN总线用总线线用于控制机器、设备和传控制和监控医疗仪器于控制飞机、卫星和航天器感器用于控制引擎、变速箱、车提高医疗设备的可靠性和安身控制等提供实时数据传输和控制，全性提供可靠的数据传输和控制提高生产效率，确保飞行安全技术发展趋势CAN智能驾驶互联汽车自动驾驶汽车需要更复杂、更强大的汽车连接到互联网和云平台将导致更网络，CAN技术将继续发展以满足这复杂的数据传输和处理需求，CAN技种需求术将发挥重要作用网络安全节能环保随着汽车网络的日益复杂，网络安全CAN技术将继续发展以提高效率，减将变得至关重要，CAN技术将需要更少能耗，并支持可持续发展安全的协议和机制协议的优势CAN高可靠性实时性强

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2.12CAN协议采用错误检测和错误CAN协议具有较高的实时性，恢复机制，确保数据传输的可能够满足汽车电子系统对实时靠性性的要求灵活扩展成本低廉

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4.34CAN协议支持多节点连接，方CAN协议的硬件成本和软件开便系统扩展，满足不同车型和发成本较低，易于实现和应用功能的需求协议的局限性CAN带宽限制安全性不足CAN协议的带宽有限，无法满足高速数据传输的需求CAN协议没有内置的加密机制，容易受到攻击对于一些需要高带宽的应用，例如高清视频传输，CAN协议可能攻击者可以通过截获或篡改CAN报文，破坏系统或窃取数据无法胜任协议的典型应用CAN汽车电子工业自动化汽车电子领域是CAN协议应用最广泛的领CAN协议在工业自动化领域也得到了广泛域之一它用于控制汽车的各种子系统，应用它用于控制工厂设备、机器人、传例如发动机管理、车身控制、安全系统、感器、执行器等，实现自动化生产娱乐系统等医疗设备航空航天CAN协议在医疗设备领域也得到了应用，CAN协议在航空航天领域也得到了应用，例如医疗仪器、心脏起搏器、血糖仪等例如飞机、卫星、导弹等它用于控制飞它用于控制设备的各种功能，确保医疗设行器和航天器的各种子系统，确保飞行器备的安全性和可靠性的安全性和可靠性技术未来展望CAN自动驾驶技术工业互联网智能家居新能源汽车CAN总线在自动驾驶中发挥关随着工业互联网的发展，CAN CAN总线可以用于构建智能家CAN总线将为电动汽车提供可键作用，用于车辆内部传感器总线将在工厂自动化和智能制居系统，实现家电之间的互联靠的通信基础，实现电池管理、执行器和控制单元之间的通造领域发挥越来越重要的作用互通，提升生活便利性、电机控制等功能，推动新能信，确保安全可靠的数据传输，实现更高效的生产流程和更源汽车产业发展灵活的生产模式协议实现关键技术CAN控制器芯片收发器芯片物理层接口软件协议栈CAN控制器负责管理数据帧的CAN收发器负责将数据帧转换物理层接口负责将数据帧传输软件协议栈负责实现CAN协议发送和接收,包括仲裁、错误检为物理层信号，并进行电平转到物理介质，并接收来自物理的各个层级，包括数据帧的封测和帧格式处理换和信号驱动介质的信号装、解析、发送和接收技术在汽车电子中的应用CAN发动机控制系统车身控制系统12CAN总线用于发动机控制单元（ECU）CAN总线控制车窗、车门、座椅等功能与传感器和执行器之间的通信，实现精，实现舒适便利的功能，提高驾驶体验准的燃油喷射、点火控制等安全气囊系统底盘控制系统34CAN总线用于收集碰撞信息，触发安全CAN总线用于控制ABS、ESP、电动助气囊系统，保障驾驶员和乘客的安全力转向等功能，提升车辆操控稳定性技术在工业控制中的应用CAN增强系统可靠性CAN总线具有高可靠性，可以防止数据丢失和错误这在工业控制系统中非常重要，因为任何错误都可能导致生产停顿或安全问题。