CN105262655A - 一种可兼容can2.0总线的具有更高速率的通信方法 - Google Patents
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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
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(ControllerAreaNetwork,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***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***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,***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 (2)
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,其特征特在于,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。
2.根据权利要求1所述的通信方法,其特征在于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,下同;7号和8号位置设为“1”,即隐性电平,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:
(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”,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。
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