多通道实时CAN模拟器设计方案

　　CAN总线与一般的串行通信总线相比，它的数据通信具有可靠性高，实时性高，灵活性强等优点，不仅广泛应用于汽车行业，而且扩展到了机械工业、机器人、数控机床等诸多领域。尤其在大量数据通信处理中，高可靠性及实时响应的场合，单通道CAN总线不能满足实际通信的要求。为此，介绍一种基于多通道实时CAN模拟器的设计方案。

　　1 CAN总线技术介绍

　　1.1 CAN总线特性

　　CAN(Controller Area Network)总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通信可靠性和实时性，并且简单实用，网络成本低。它主要用于各种过程监测及控制的一种网络。CAN最初是由德国BOSCH公司为汽车的监测、控制系统而设计的。由于CAN总线具有卓越的特性和极高的可靠性，特别适合于工业过程中监控设备的互连。

　　1.2 CAN通信协议

　　在CAN 2.0B的版本协议中有两种不同的帧格式，不同之处为标识符域的长度不同，含有11位标识符的帧称为标准帧，而含有29位标识符的帧称为扩展帧。扩展格式是CAN 2.0B协议新增加的特性。在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，只有严格按照该结构进行帧的传输，才能被节点正确接收和发送。下面将分别介绍四种传输帧的结构：

　　(1)数据帧(Data)：数据帧将数据从发送器传输到接收器。CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为11位;在2.0B类型中，ID的长度为29位。它由7个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC校验码域、应答域、帧结束。

　　(2)远程帧(Remote)：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。接收数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由6个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。

　　(3)错误帧(Error)：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活动错误标志”，其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志”。

　　(4)过载帧(Overload)：过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方在接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧间空隙域检测到显性电平时，则导致发送超载帧。

　　1.3 CAN协议控制器

　　目前主流的CAN协议控制器一般采用I/O总线(SJA1000等)或SPI接口(M(2P2515等)与处理器进行通信。该设计采用SJA1000控制器。

　　SJA1000是一款独立CAN控制器，应用于移动目标和工业局域网控制领域。SJA1000具有两种工作模式：BasicCAN和PeliCAN。该设计采用PeliCAN工作模式。SJA1000用来完成CAN协议所规定的物理层和数据链路层的所有功能，它可以支持多种处理器的时序特性，如Intel模式或Motorola模式，与微处理器的接口非常简单，微处理器以访问外部存储器的方式来访问SJA1000。

　　SJA1000通过CAN控制器接口即PCA82C250芯片接到CAN总线上。CAN收发器使用飞利浦公司的PCA82C250，它是连接CAN控制器和物理总线之间的接口，提供了对总线的差动发动和接收能力，与ISO11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。硬件电路中使用PCA82C250是为了增加通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低干扰等。