CN105262655B - 一种可兼容can2.0总线的具有更高速率的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于现场总线技术领域，具体为一种可兼容CAN2.0总线的具有高速率的通信方法。本发明采用CAN2.0的帧格式进行数据通信，在每一帧的数据场，使用倍频时序，使得数据场中具有更多的比特的数据位；为兼容CAN2.0协议，这些数据位不全部使用，采用特殊的编码方式使用倍频之后的比特位，从而得到增强型CAN总线的通信方法。本发明方法在CAN2.0总线的基础上，实现了更高速率的通信，并能兼容CAN2.0总线网络，使得同一个总线网络中可以同时实现不同速率的通信，能很好的满足当今日益复杂的电子设备通信需求。在现场可编程逻辑阵列器件上的验证结果表明，该通信方法切实可行。

Description

一种可兼容CAN2.0总线的具有更高速率的通信方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种可兼容CAN2.0总线的具有更高速率的通信方法。

背景技术

控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线是ISO国际标准化的串行数据通信协议，广泛应用于汽车、机器人等各种电子控制系统中，该协议广泛使用的版本为CAN2.0协议。作为全数据、多主机的异步串行总线，CAN2.0总线只规定了物理层和数据链路层。CAN2.0总线以帧形式发送数据，帧是一组包含帧信息、校验位、应答反馈、传递数据等的数据流。协议中规定了四种帧类型，分别是数据帧、远程帧、错误帧和超载帧。数据帧用于传输数据，包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场、循环冗余码、应答场和帧结尾。位编码方式采用不归零(Non-Return-to-Zero, NRZ)编码方式。每个位比特时间内，划分为同步段、传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2，如图1所示。同步段用于同步总线上不同的结点或者设备。传播时间段用于补偿网络内的延迟。报文开始时，会发生硬同步，强迫引起硬同步的边沿处于重新启动时的同步段内。报文发送期间，下降沿偏移会发生再同步，使时间段1延长或时间段2缩短，从而避免时钟误差累积的偏移。

随着工业和电子技术的发展，控制器网络的结点数目变多，需求也变得复杂。不同的网络结点应用，有着不同的通信速率需求，而且通信速率也需要很大的提升。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述需求，在CAN2.0协议的基础上，设计一种可兼容CAN2.0总线的具有更高速率的通信方法，同时不会导致总线网络中CAN2.0协议控制器出错。

本发明提供的可兼容CAN2.0总线的具有更高速率的通信方法，仍然采用CAN2.0的帧格式进行数据通信，包括仲裁方式等都是相同的，特殊之处在于，在每一帧的数据场，本发明使用倍频时序，使得数据场中具有更多的比特的数据位。为兼容CAN2.0协议，这些数据位不能全部使用。本发明采用特殊的编码方式使用倍频之后的比特位，从而设计出一种增强型CAN总线（简称HCAN）的通信方法。本发明具有两种可配置的速率模式的具体实现方式，能提高总线通信的有效速率，又不影响CAN2.0总线的位时序和同步等要求，与CAN2.0协议兼容。

所述两种可配置的速率模式的具体实现方式，具体如下：

（一）在速率模式一下的实现方式（参见图2）：

（1）CAN2.0总线协议数据帧的数据场进行倍频编码，每2个CAN2.0比特位对应增强型CAN（简称HCAN）的9个比特位，并按0到8编号；

（2）其中，采样点附近的2号、3号位置固定设为“0”（显性电平，下同），7号和8号位置设为“1”（隐性电平，下同）；

（3）由于下降沿同步需求，0号位置设为“0”；

（4）余下的标记为“Y”的位置可任意填充需要发送的数据；

（二）在速率模式二下的实现方式（参见图3）：

（1）CAN2.0总线协议数据帧的数据场进行倍频编码，每2个CAN2.0比特位对应增强型CAN（简称HCAN）的19个比特位，并按0到18编号；

（2）其中，0、1、4、5、6、7号位置固定设为“0”，14、15、16、17号位置设为“1”；

（3）18号位置如果需要填充的数据是“0”，则这一位不需要传输，接收端接收自动补一位“0”，如果需要填充的数据是“1”，则正常发送填充数据；

（4）余下的标记为“Y”的位置可任意填充需要发送的数据。

本发明方法在CAN2.0总线的基础上，实现了更高速率的通信，并能兼容CAN2.0总线网络，使得同一个总线网络中可以同时实现不同速率的通信，能很好的满足当今日益复杂的电子设备通信需求。在现场可编程逻辑阵列器件上的验证结果表明，该通信方法切实可行。

附图说明

图1 为CAN总线位时序设置。

图2为模式一数据场编码方式。

图3为模式二数据场编码方式。

图4为本发明方法测试系统图示。

图5为本发明方法测试环境图示。

图6为本发明方法测试结果图示。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明方法。

对CAN2.0的帧格式的数据场倍频，倍频后的数据场编码方式如下所示。

图2描述了速率模式一的数据场最小重复单元的编码方式。如图2所示，在速率模式一的倍频时序下，数据场中，每2个CAN2.0（图中简称LCAN，下同）比特位作为一个单元，每个单元对应9个HCAN的比特位，分别编号0-8。为了能多次触发各个节点再同步以调整接收时序，每个单元内保证CAN2.0节点采样的数据为“01”。所以，在采样点附近的2号和3号位置为“0”,7号和8号位置为“1”，由于下降沿再同步的需求，0号位置也必须是“0”。所以，剩下的为“Y”的位置就可以任意填充需要传送的有效数据。

类似的在速率模式二下，如图3所示，同样在数据场中使用更高频率的时钟，使得每2个CAN2.0（图中简称LCAN，下同）比特位对应19个HCAN比特位。考虑到时钟偏差的可能，在0、1、4、5、6、7号位置上分别设置为“0”，在14、15、16、17号位置上配置为“1”，其中特殊的18号位置需要特殊设置。如果这一位的有效数据将填充“0”，则这一位不需要传输，17位后直接传送下一单元的0号位，接收端在接收时自动补一位“0”数据；如果将填充的有效数据是“1”，则直接填充发送。其他标志位“Y”的可以填充任意的发送数据。

本通信方法的验证是基于现场可编程逻辑阵列器件(FPGA)实现的。采用硬件描述语言，设计了能实现该通行方法的数字电路，并采用软核处理器进行驱动，系统如图4所示。测试环境中包括多个CAN2.0协议的控制器，和FPGA内部的两个采用本通信方法的控制器构成的混合速率CAN总线网络，如图5。测试中，CAN2.0控制器使用1MHz的通信频率，对应的采用本通信方法的控制器在速率模式一的情况下将工作在4MHz的通信频率下，在速率模式二的情况下工作在8MHz的通信频率下。测试时，两个采用本通信方法的控制器可相互发送数据，而不会引起CAN2.0控制器的错误，而且CAN2.0控制发送的数据，采用本通信方法的控制器也可以在兼容模式下接收。在速率模式一的情况下，有效通信速率接近1Mbps。在速率模式二的情况下，有效通信速率接近2Mbps。用示波器可捕抓到本通信方法的帧波形图，见图6。

Claims (1)

1.一种可兼容CAN2.0总线的具有更高速率的通信方法，仍然采用CAN2.0的帧格式进行数据通信，其特征在于，在每一帧的数据场，使用倍频时序，使得数据场中具有更多的比特的数据位；为兼容CAN2.0协议，这些数据位不全部使用，采用特殊的编码方式使用倍频之后的比特位，从而得到增强型CAN总线的通信方法；该通信方法具有两种可配置的速率模式的具体实现方式，具体如下：

（一）在速率模式一下的实现方式：

（1）CAN2.0总线协议数据帧的数据场进行倍频编码，每2个CAN2.0比特位对应增强型CAN的9个比特位，并按0到8编号；

（2）其中，采样点附近的2号、3号位置固定设为“0”，即显性电平；7号、8号位置设为“1”，即隐性电平；

（3）由于下降沿同步需求，0号位置设为“0”；

（4）余下的采样点附近的1号、4~6号位置标记为“Y”，可任意填充需要发送的数据；

（二）在速率模式二下的实现方式：

（1）CAN2.0总线协议数据帧的数据场进行倍频编码，每2个CAN2.0比特位对应增强型CAN的19个比特位，并按0到18编号；

（2）其中，0、1、4、5、6、7号位置固定设为“0”，即显性电平；14、15、16、17号位置设为“1”，即隐性电平；

（3）18号位置如果需要填充的数据是“0”，则这一位不需要传输，接收端接收自动补一位“0”，如果需要填充的数据是“1”，则正常发送填充数据；

（4）余下的2、3、8~13号位置标记为“Y”，可任意填充需要发送的数据。