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张勤：CAN总线技术及其在船舶监控系统的应用
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CAN总线技术及其在船舶监控系统的应用

摘要：在CAN总线通信网络的建设中,CAN总线控制器实现了CAN总线协议的大部分内容。首先介绍了CAN总线的概况,简单介绍了CAN总协议的内容,详细介绍了有限状态自动机的组成特点以及利用有限状态自动机实现CAN总线协议的方法,论述智能测控单元CAN通讯接口设计、CAN控制器外围硬件电路和CAN通信软件的实现。

关键词：CAN总线；CAN总线协议；控制局域网；船舶监控系统；

ApplicationofCANbustechnologyinshipmonitoringSystem
Abstract：IntheconstructionofCANbuscommunicationnetwork,CANbuscontrollerimplementsmostofthecontentsoftheCANbusprotocol.FirstintroducedtheCANbus,introducesthegeneralagreementofCANcontent,introducesthemethodofcharacteristicsoffinitestateautomataandtheuseoffinitestateautomataimplementationofCANbusprotocol,discussesthedesign,implementationintelligentmeasurementandcontrolunitofCANcommunicationinterfaceinCANcontrollerhardwarecircuitandCANcommunicationsoftware.

Keywords:CANbus;CANbusprotocol;controllerareanetwork;monitoringsystemforships;

1前言
1.1选题目的及意义
CAN即控制器局域网,是世界上得到广泛应用的现场总线之一。由于CAN的基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性、而且能够检测出产生的任何错误,使得它在汽车工业、航空工业、船舶工业等其他领域也得到了广泛应用。CAN总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准,CAN总线协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连参考模型基础上的,主要工作在数据链路层和物理层。实际的CAN总线网络建设中,CAN总线协议一般都固化在CAN总线控中,SJA1000[1]。文中主要讨论在CAN总线控制器设计中CAN总线协议的实现问题。

2CAN总线协议介绍
CAN总线协议主要描述设备之间的信息传递方式,并为任意2个CAN仪器之间建立兼容性,如电气特性和数据转换等方面。
2.1CAN总线的层结构
CAN总线中各个层的定义与开放系统互连模型(OSI)相一致。如图1所示,CAN被分为应用层、数据链路层和物理层3层[2-3]。其中数据链路层又被分为逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制子层(MAC),各层之间相互独立且透明。每一层只与另一设备上相同的那一层通讯,而实际的通讯则发生在每一个设备上的相邻的2层,而各个设备之间则只通过物理层的通信介质连接在一起。

CAN的规范定义了模型的最下面2层:数据链路层和物理层。应用层协议可以由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案,如已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准DeviceNe,t在汽车工业中,许多制造商都拥有他们自己的应用层标准。
2.2CAN总线协议的主要内容
CAN总线协议主要定义了数据链路层的MAC子层和LLC子层,其内容主要包括:
1)报文竞争总线时的仲裁方式,定义了当2个或2个以上的节点同时开始发送报文时总线访问权获得的问题;
2)报文传输规则,定义帧格式、帧类型、接收器与发送器之间的应答、报文校验等;
3)错误处理,定义错误的种类、错误的处理方式等;
4)故障界定,定义节点的错误状态及错误状态间的转换关系;
5)位定时,定义物理层位传输时间片断划分、同步方式以及重新同步方式等。

3CAN总线在船舶的应用
CAN在船舶中的应用始于20世纪90年代初。1994年德国MTU公司成功地研制了基于CAN的MCS-51监控系统，开创了CAN网络船舶系统应用的新纪元。此后，CAN网络被广泛地用于船舶的远程控制、巡回检测、电站监控以及火灾报警系统中。CAN网络在船舶控制系统中的成功应用为解决船舶设备级(传感器、执行器、控制模块)的互