雖然CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))可以說(shuō)是舊技術(shù)并且是為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,但是當(dāng)在工業(yè)或其他嵌入式應(yīng)用的分布式系統(tǒng)中組合多個(gè)微控制器(MCU)時(shí),嵌入式設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)它是最簡(jiǎn)單的互連選擇。雙線接口簡(jiǎn)單而強(qiáng)大,帶寬隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而增加。 CAN是可擴(kuò)展的,并且很容易將節(jié)點(diǎn)添加到基于CAN的系統(tǒng)。此外,您將在整個(gè)MCU領(lǐng)域獲得支持。這意味著您可以在分布式系統(tǒng)中部署低端8位MCU與最快的32位MCU,同時(shí)輕松連接分布式網(wǎng)絡(luò)和CAN。在本文中,我們將回顧C(jī)AN技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),并研究支持CAN的新MCU的范圍。
CAN傳統(tǒng)產(chǎn)生可靠性
CAN被認(rèn)為是連接分布式汽車子系統(tǒng)的一種方式,如發(fā)動(dòng)機(jī)控制,防抱死制動(dòng),動(dòng)力轉(zhuǎn)向和其他元件。它與用于汽車信息娛樂(lè)和遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的MOST(媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸)等高速網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)。 CAN主要用于連接對(duì)汽車安全運(yùn)行至關(guān)重要的系統(tǒng)。
由于CAN規(guī)范是針對(duì)相對(duì)惡劣的汽車環(huán)境而開(kāi)發(fā)的,因此它是許多嵌入式應(yīng)用(如分布式工業(yè)控制系統(tǒng))的理想選擇。隨著時(shí)間的推移,CAN背后的標(biāo)準(zhǔn)的頒布從SAE(汽車工程師協(xié)會(huì))轉(zhuǎn)移到ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織),盡管SAE仍然控制著一些以汽車為中心的CAN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
CAN被定義為用于通信網(wǎng)絡(luò)的七層ISO OSI(開(kāi)放系統(tǒng)互連)模型的數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。該層專注于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的可靠通信。
CAN是一種多主總線,當(dāng)它是免費(fèi)的時(shí),任何節(jié)點(diǎn)都可以開(kāi)始傳輸。最多八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的消息以NRZ(非歸零)格式編碼。該消息還包括指示優(yōu)先級(jí)的ID字段。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)嘗試同時(shí)傳輸時(shí),優(yōu)先級(jí)較高的消息基本上會(huì)覆蓋優(yōu)先級(jí)較低的消息。通信是單雙工的。節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
最初,CAN標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定義PHY(物理層)。隨后,ISO已經(jīng)發(fā)布了CAN的幾種PHY標(biāo)準(zhǔn)。 2003 ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)定義了最廣泛使用的PHY;網(wǎng)絡(luò)范圍最大為40 m時(shí),最大帶寬為1 Mbps。節(jié)點(diǎn)沿著雙線電纜連接到網(wǎng)絡(luò)。您可以將數(shù)據(jù)速率降低到較低級(jí)別以擴(kuò)展范圍。例如,網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋500米,速率為125 bps。顯然,與以太網(wǎng)等替代方案相比,速度很快,但對(duì)于許多分布式MCU系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已經(jīng)綽綽有余了。
如果您想了解有關(guān)CAN技術(shù)及其應(yīng)用方式的更多信息,您可以在CAN上觀看多個(gè)Digi-Key多媒體產(chǎn)品培訓(xùn)模塊之一。 CAN基礎(chǔ) - 第1部分和基礎(chǔ)知識(shí) - 第2部分,由瑞薩提出,特別有用。
CAN實(shí)現(xiàn)
當(dāng)汽車工程師首次構(gòu)思CAN時(shí),IC密度相對(duì)較低。多年來(lái),設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用專用CAN IC來(lái)支持網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上,典型應(yīng)用可能包括MCU或微處理器,CAN IC和外圍IC,例如連接到傳感器和執(zhí)行器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
今天,MCU幾乎集成了所有系統(tǒng)功能,但實(shí)際的傳感器或執(zhí)行器除外。例如,如果需要監(jiān)控應(yīng)用中某些物體的溫度,可以將熱電偶連接到MCU上的A/D轉(zhuǎn)換器輸入。同樣,驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要外部驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備,但控制算法將在MCU內(nèi)捕獲。
我們現(xiàn)在將討論從瑞薩產(chǎn)品開(kāi)始包含CAN支持的MCU系列。 R8C 16位系列依賴于CISC(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))架構(gòu),并針對(duì)低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,盡管MCU還能夠處理時(shí)鐘速度高達(dá)20 MHz的相當(dāng)復(fù)雜的應(yīng)用。
圖1:瑞薩的R8C系列包括多個(gè)支持CAN的MCU,可以針對(duì)與本框圖所示的家庭或辦公自動(dòng)化類似的應(yīng)用。例如,瑞薩(Renesas)將R8C系列的其他應(yīng)用中的電機(jī)控制作為目標(biāo)。 40 MHz定時(shí)器和6通道PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制器的組合使MCU能夠在各種應(yīng)用中工作,包括BLDC(無(wú)刷直流)電機(jī)。圖1顯示了家庭或辦公自動(dòng)化應(yīng)用中使用的R8C,其中CAN用于連接照明,HVAC和其他分布式系統(tǒng)。 R8C還可以通過(guò)專用SCU(傳感器控制單元)支持基于觸摸的接口。
轉(zhuǎn)向更高端的處理器,瑞薩還在其32位MCU中支持CAN。 RX MCU系列是該公司的最新產(chǎn)品,采用CISC架構(gòu),時(shí)鐘速度最高可達(dá)100 MHz。此外,MCU可以從片上閃存執(zhí)行代碼,并且在該速度下具有零等待狀態(tài)。除了CAN之外,RX600 MCU還具有256字節(jié)到2 MB的閃存以及豐富的外設(shè)。在其產(chǎn)品線的RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))方面,瑞薩為V850 MCU系列提供CAN支持。
具有CAN的PIC系列
正如我們?cè)诒疚拈_(kāi)頭所討論的那樣,您也可以將CAN集成到8位MCU中。 Microchip提供此類產(chǎn)品,實(shí)際上支持8位,16位和32位PIC系列中的CAN,包括增加了DSP中心數(shù)學(xué)功能的16位dsPIC系列。
Microchip的8位PIC18C和PIC18F系列包括多種支持CAN的MCU。您可以指定內(nèi)存范圍為16 KB到96 KB的產(chǎn)品。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器有廣泛的選擇,許多型號(hào)都包含內(nèi)部振蕩器,以最大限度地減少材料清單。如果您想嘗試CAN,可以使用許多演示板。例如,Microchip提供兩個(gè)以CAN為中心的演示板,其中包括PIC18系列的成員(圖2)。
圖2:Microchip的DM16305演示套件包括PIC18F MCU,允許設(shè)計(jì)人員嘗試CAN和LIN(本地互連網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)。
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