CAN總線仲裁示意圖_CAN總線位仲裁技術及優缺點

　　本文首先介紹了CAN總線仲裁是什么，其次介紹了CAN總線仲裁的示意圖，最后詳細的闡述了CAN總線位仲裁技術及優缺點，具體的跟隨小編一起來了解一下吧。

　　CAN總線仲裁簡介

　　CAN總線采用的是一種叫做“載波監測，多主掌控／沖突避免”（CSMA／CA）的通信模式。這種總線仲裁方式允許總線上的任何一個設各都有機會取得總線的控制權并向外發送數據。如果在同一時刻有2個或2個以上的設各要求發送數據，就會產生總線沖突，CAN總線能夠實時地檢測這些沖突并對其進行仲裁，從而使具有高優先級的數據不受任何損壞地傳輸。

　　當總線處于空閑狀態時呈隱性電平，此時任何節點都可以向總線發送顯性電平作為幀的開始。如果2個或2個以上同時發送就會產生競爭。CAN總線解決競爭的方法同以太網的CSMA／CD（Carrier Sense Multiple Access with Collislon Detection）方法基本相似，如圖1所示。此外，CAN總線做了改進并采用CSMA／CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）訪問總線，按位對標識符進行仲裁。各節點在向總線發送電平的同時，也對總線上的電平讀取，并與自身發送的電平進行比較，如果電平相同繼續發送下一位，不同則停止發送退出總線競爭。剩余的節點繼續上述過程，直到總線上只剩下1個節點發送的電平，總線競爭結束，優先級高的節點獲得總線的控制權。

　　圖1 Ethernet采用的CSMA／ CD總線訪問過程

　　CAN總線以報文為單位進行數據傳輸，報文的優先級結合在44位標識符中（擴展幀的標識符29位），具有最小二進制數的標識符的節點具有最高的優先級。這種優先級一旦在系統設計時確定就不能隨意地更改，總線讀取產生的沖突主要靠這些位仲裁解決。之所以CAN總線不采用以太網使用的延時避免沖突，主要是為了保證具有更高優先級的節點能夠完整地實時傳輸，而且CSMA／CA可以有效地避免沖突。

　　如圖2所示，節點A和節點B的標識符的第lO、9、8位電平相同，因此兩個節點偵聽到的信息和它們發出的信息相同。第7位節點B發出一個“1”，但從節點上接收到的消息卻是“0”，說明有更高優先級的節點占用總線發送消息。節點B會退出發送處于單純監聽方式而不發送數據；節點A成功發送仲裁位從而獲得總線的控制權，繼而發送全部消息?？偩€中的信號持續跟蹤最后獲得總線控制權發出的報文，本例中節點A的報文將被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優點在于，在網絡最終確定哪個節點被傳送前，報文的起始部分已經在網絡中傳輸了，因此具有高優先級的節點的數據傳輸沒有任何延時。在獲得總線控制權的節點發送數據過程中，其他節點成為報文的接收節點，并且不會在總線再次空閑之前發送報文。

　　圖2 CAN總線節點訪問總線過程

　　圖3為CAN總線上節點的電平邏輯，總線上的節點電平對于總線電平而言是相與的關系，只有當3個節點的電壓都等于1（隱性電平），總線才會保持在ycc（隱性電平）狀態。只要有1個節點切換到0狀態（顯性電平），總線就會被強制在顯性狀態（0）。這種避免總線沖突的仲裁方式能夠使具有高優先級的消息沒有延時地占用總線傳輸。

　　圖3 CAN總線上節點的電平邏輯

　　CAN總線仲裁示意圖

　　CAN是多主機的方式，所有節點都可以發送數據，發送時，標識符是本機的標識符，發送數據為群發方式，廣播方式，具體數據，所有CAN節點都可以同時得到，但可以每個CAN節點可以設置CAN標識符濾波，可設置只接收需要的節點的數據，設置后由硬件完成篩選，這樣優于485單主機的主從傳輸總線傳輸方式，物理上采用差分信號傳輸。

　　因為CAN收發器的特點，適合多主機的發送方式，多主機是否可以同時發送數據呢？是可以的，因為CAN 總線相當于一個“線與”的結構，顯性（邏輯0）與隱性（邏輯1）相遇，變為顯性（邏輯0），就像孫悟空說的，雄的與雌的，雌的見了雄的，就不靈了。其實就是邏輯運算里的：0&0=0， 0&1=0，這里就是顯性為主。所有CAN節點相當于一個個與門，低電平（邏輯0）有效，一個拉低，所有全低。

　　總線仲裁的示意圖（標準幀格式）如下：

　　因此得到標識符是有優先級的，因為高位在前，低位在后，CAN標識符組成的數值越小優先級越高。

　　CAN總線位仲裁技術

　　只要總線空閑，任何單元都可以開始發送報文。

　　要對數據進行實時處理，就必須將數據快速傳送，這就要求數據的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個站同時需要發送數據時，要求快速地進行總線分配。

　　如果2個或2 個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲裁可以解決這個沖突。

　　CAN總線以報文為單位進行數據傳送，報文的優先級結合在11位標識符中，具有最低二進制數的標識符有最高的優先級。這種優先級一旦在系統設計時被確立后就不能再被更改?？偩€讀取中的沖突可通過位仲裁解決。

　　仲裁的機制確保信息和時間均不會損失。當具有相同識別符的數據幀和遠程幀同時初始化時，數據幀優先于遠程幀。

　　CAN總線采用非歸零（NRZ）編碼，所有節點以“線與”方式連接至總線。如果存在一個節點向總線傳輸邏輯0，則總線呈現邏輯0狀態，而不管有多少個節點在發送邏輯1。CAN網絡的所有節點可能試圖同時發送，但其簡單的仲裁規則確保僅有一個節點控制總線、并發送信息。低有效輸出狀態（0）起決定性作用。

　　仲裁期間，每一個發送器都對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續發送。如果發送的是一“隱性”電平（邏輯1）而監測到一“顯性”電平（邏輯0），那么該單元就失去了仲裁，必須退出發送狀態。

　　所有標識符都有相同的兩位01，直到第3位進行比較時，站1的報文被丟掉，因為它的第3位為高，而其它兩個站的報文第3位為低。站2和站3報文的4、5、6位相同，直到第7位時，站3的報文才被丟失。

　　CAN總線位仲裁技術的優缺點

　　優點

　　在網絡最終確定哪一個站的報文被傳送以前，報文的起始部分已經在網絡上傳送了。

　　所有未獲得總線讀取權的站都成為具有最高優先權報文的接收站，并且不會在總線再次空閑前發送報文。

　　CAN具有較高的效率是因為總線僅僅被那些請求總線懸而未決的站利用，這些請求是根據報文在整個系統中的重要性按順序處理的。

　　缺點

　　由于CAN總線采用的是固定優先級，當所有的節點都隨機的向總線發送數據時，具有低優先級的節點是比具有高優先級的節點具有較大的發送失敗幾率。

　　每次具有較低優先級的節點都會在總線競爭中失敗，從而導致它一個數據都發不出去，或者發送的數據有較大的延時。