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網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線模塊-CAN總線

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網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線模塊-CAN總線CAN總線已經(jīng)獲得了巨大的成功，尤其是在機械制造領(lǐng)域，而且正在變得越來越重要

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網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線模塊-CAN總線

CAN總線已經(jīng)獲得了巨大的成功，尤其是在機械制造領(lǐng)域，而且正在變得越來越重要。成功的原因包括高抗干擾性，高速數(shù)據(jù)傳輸，易用性以及確定性實時能力。CAN對于擁有易管理的遠程I/O節(jié)點數(shù)和較少軸數(shù)的應用而言是理想的解決方案。作為現(xiàn)場總線，CAN總線在處理規(guī)模更大更復雜的機器時會受到限制。然而對于這些應用而言，POWERLINK是擴展至更高性能范圍的理想之選。

報文傳輸按照生產(chǎn)者-消費者原則

CAN的報文傳輸是基于“生產(chǎn)者-消費者原則”。由生產(chǎn)者節(jié)點發(fā)送的報文可以由所有其它消費者節(jié)點接收。為此，報文并不是由目的地址標明，而是由一個明確的“報文標識符”標記。報文發(fā)送給所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點也被稱為“廣播”。在CAN協(xié)議中，報文通常有一個11位長的標識符（標準格式）。這意味著每個系統(tǒng)可以定義2048個不同的報文。這個數(shù)字足以應對大多數(shù)的應用。然而，對于特殊應用（如重型車輛），也可以使用29位長的標識符（擴展格式），并定義最多5.12億個不同的報文。節(jié)點必須過濾掉與總線上的報文流相關(guān)的報文。

多主站，事件導向報文發(fā)送

一旦總線空閑，CAN網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點都可以啟動報文傳輸。由于可能同時出現(xiàn)一個以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點開始發(fā)送報文的情況，因此需要一個仲裁過程以確保實際上只有一個節(jié)點繼續(xù)發(fā)送其報文。

由于每個節(jié)點都可以啟動報文發(fā)送，因此可以在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間直接發(fā)送報文。因而也可以僅在需要時發(fā)送報文，即一個相應的事件已經(jīng)發(fā)生。與循環(huán)發(fā)送報文相比，結(jié)果大大降低了總線負載，減少了所需的數(shù)據(jù)傳輸速率。

無損，逐位總線仲裁

由于在一個CAN網(wǎng)絡(luò)中，一旦總線空閑，每一個節(jié)點就會開始發(fā)送報文，因此多個節(jié)點可以在同一時間開始發(fā)送。為了防止破壞節(jié)點間發(fā)送的數(shù)據(jù)，在所有同時仲裁的報文中確定具有優(yōu)先級的報文的過程被稱為“仲裁階段”。只有發(fā)送優(yōu)先級報文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點才可以繼續(xù)發(fā)送其報文。報文標識符數(shù)值的報文優(yōu)先級。圖1顯示了總線仲裁機制。在仲裁階段，每個節(jié)點都會監(jiān)控總線上的信號電平。仲裁階段由發(fā)送報文標識符以及所謂的RTR位所組成。如果一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點檢測到一個顯性總線電平（顯性位），雖然它已產(chǎn)生一個隱性電平（隱性位），那么它會立即中止傳輸過程，因為在這種情況下會同時發(fā)送更高優(yōu)先級的報文；所以它就進入了接收狀態(tài)。由于報文都會通過總線仲裁發(fā)送，因此該過程確保了“無損”總線訪問。

優(yōu)先導向報文傳送

上述仲裁過程保證了在各種情況下，總線一旦空閑，就會始終傳輸具有優(yōu)先級的報文。報文優(yōu)先級是由報文標識符的值確定的。該數(shù)值越小，報文的優(yōu)先級就越高。優(yōu)先導向報文原則可以非常有效地利用帶寬傳輸數(shù)據(jù)。因此，低優(yōu)先級的報文99%占用總線而基本不會延遲具有較高優(yōu)先級的報文傳輸。對于具有優(yōu)先級的報文而言，約130 µs的等待時間會導致1 Mbit/s的傳輸速率。另一方面，在設(shè)計CAN系統(tǒng)的時候，必須確保高優(yōu)先級報文不會經(jīng)常占用總線。例如，可以引入所謂的最小“傳輸阻塞時間”（CANopen：禁止時間）。

位速率和總線長度

CAN使用的逐位仲裁機制要求在一個位時間間隔內(nèi)對分布在總線上的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的本地位電平進行比較。由于在總線上分配信號所需的信號傳播時間與總線長度成正比，因此有必要根據(jù)總線長度的增加相應延長一個位間隔的持續(xù)時間。因而根據(jù)下述公式，總線長度（網(wǎng)絡(luò)擴展）與位速率成反比：位速率（Mbit/s） x 總線長度（m） ≤60。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線