基于CAN总线的某通信系统应用层协议的设计与实现

《基于CAN总线的嵌入式人机交互终端的设计与开发》篇一一、引言随着工业自动化程度的不断提升，嵌入式人机交互终端作为现代工业控制系统的重要组成部分，其设计与开发显得尤为重要。

本文将详细介绍基于CAN总线的嵌入式人机交互终端的设计与开发过程，包括系统架构、硬件设计、软件设计、通信协议以及实际应用等方面。

二、系统架构设计1. 整体架构基于CAN总线的嵌入式人机交互终端的整体架构包括硬件层、驱动层、应用层等部分。

硬件层负责实现终端的物理连接和信号处理；驱动层负责管理硬件设备，为应用层提供接口；应用层则负责实现人机交互功能。

2. 硬件设计硬件设计是嵌入式人机交互终端的基础，主要包括主控制器、显示模块、输入模块、通信模块等部分。

主控制器负责整个系统的控制和数据处理；显示模块用于呈现信息；输入模块用于接收用户输入；通信模块则负责与CAN总线进行通信。

三、软件设计1. 操作系统软件设计采用嵌入式操作系统，如Linux或RTOS等，以满足实时性和稳定性要求。

操作系统负责管理硬件资源，提供多任务处理、文件系统等功能。

2. 软件开发环境软件开发环境包括编译器、调试器、开发工具等。

编译器和调试器用于编写和调试程序；开发工具则提供项目管理、代码编辑等功能。

3. 通信协议通信协议采用CAN总线协议，实现终端与上位机之间的数据传输。

协议包括物理层、数据链路层、网络层和应用层等部分。

物理层负责实现电气特性和信号传输；数据链路层负责帧的管理和传输；网络层负责实现数据的寻址和路由；应用层则负责实现具体的业务逻辑。

四、硬件与软件集成1. 驱动程序开发驱动程序是连接硬件和软件的桥梁，负责管理硬件设备。

根据硬件设备的特性，编写相应的驱动程序，实现设备的初始化、数据读写、中断处理等功能。

2. 人机交互界面开发人机交互界面是嵌入式人机交互终端的核心部分，负责呈现信息和接收用户输入。

根据实际需求，开发相应的界面，包括图形界面和文本界面等。

界面应具有友好、易用、美观等特点。

《基于CAN总线的嵌入式人机交互终端的设计与开发》篇一一、引言随着嵌入式系统技术的快速发展，人机交互终端在各种设备中的应用越来越广泛。

本文将探讨基于CAN总线的嵌入式人机交互终端的设计与开发，通过结合CAN总线的通信特性和嵌入式系统的处理能力，实现高效、稳定的人机交互功能。

二、系统需求分析在系统需求分析阶段，我们首先需要明确人机交互终端的主要功能，包括数据采集、处理、传输以及与外部设备的通信等。

同时，考虑到实际应用场景，我们需要确保终端具有较高的稳定性和可靠性。

此外，为了满足用户友好的操作体验，我们还需要关注终端的界面设计、交互方式以及响应速度等方面。

三、硬件设计在硬件设计方面，我们选择以嵌入式处理器为核心，搭配CAN总线控制器、存储器、输入输出设备等组成硬件平台。

其中，CAN总线控制器负责与其他设备进行通信，嵌入式处理器则负责数据的处理和传输。

此外，为了满足实时性要求，我们还需要确保硬件平台的功耗、体积和成本等方面的优化。

四、软件设计在软件设计方面，我们采用模块化设计思想，将系统划分为数据采集模块、数据处理模块、通信模块以及界面显示模块等。

每个模块都具备独立的功能，并通过接口进行相互通信。

此外，为了确保系统的稳定性和可靠性，我们还需要进行软件优化和异常处理等方面的设计。

五、CAN总线通信设计CAN总线作为一种高效的通信协议，在嵌入式系统中得到了广泛应用。

在本文中，我们采用CAN总线作为终端与外部设备之间的通信方式。

在通信设计方面，我们首先需要确定通信协议和帧格式，然后进行节点地址分配和通信速率设置等。

此外，为了确保通信的实时性和可靠性，我们还需要进行数据传输的校验和错误处理等方面的设计。

六、人机交互界面设计人机交互界面是终端与用户之间的桥梁，其设计直接影响用户体验。

在界面设计方面，我们首先需要明确用户需求和操作习惯，然后进行界面布局、控件选择和交互逻辑等方面的设计。

此外，为了满足不同用户的个性化需求，我们还需要提供丰富的界面主题和个性化设置选项。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要近年来，基于CAN应用层协议CANopen的现场总线网络在工业自动化中得到了广泛的关注和应用，特别是在分布式运动控制系统中具有良好的应用前景。

本文主要研究、设计、实现基于DSP TMS320F2812的CANopen通讯协议。

论文首先简单介绍了CANopen协议的应用背景和意义，描述了CANopen的网络模型，分析CAN总线网络的结构，构造了相关的主节点和从节点硬件平台。

其次重点分析CANopen协议的模型结构及其设计过程，简要介绍了CANopen协议的设备模型、对象字典以及 CANopen设备的各种状态的基本含义，在此基础上描述了CANopen协议的框架结构、软件实现体系结构、设计实现流程，据此确定协议软件的设计编程思想。

CANopen协议软件包括初始化过程和协议栈设计，论文对硬件和协议初始化以及协议栈各功能组成模块的设计过程和执行功能进行了详细说明，特别是对采用具有内嵌CAN功能外设部件的DSP处理器编程实现CANopen协议的方法进行了详细的描述，包括DSP的初始化、中断处理以及接收、发送处理等。

最后，对于编程实现的CANopen协议软件在硬件平台上进行了实际验证，按照CANopen 协议的规定，测试各种通讯对象的基本功能，结果表明协议软件实现了CANopen协议的基本要求。

关键词：现场总线 CANopen协议数字信号处理器主从节点华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractIn recent years, the CAN field-bus network based on CANopen protocol has been widely used in the industrial automation especially has showed good prospect in distributed motion control system. The thesis focused on the issue how to research, design and implement CANopen application communication protocols based on DSP TMS320F2812.Firstly, the thesis briefly introduced the practice background and significance of the CANopen protocol, and described the network model of communication. By understanding the requirement of physical layer, the hardware platforms of the master and slave node were setup. Secondly, the communication model structure and implementation procedure were greatly analyzed. The basic concept of device model, object dictionary and all kinds of device state of CANopen protocol were briefly introduced. Based on these, the protocol framework, software architecture, design process were stated in detail and finally the programming idea was established. The software implementing the CANopen protocol included two parts which were system initialization and network protocol stack designing. In thesis, the initialization process of hardware and network protocol, the design procedure and related execution of function modules in stack were stated amply. The emphases was on the realization of CANopen protocol used the DSP processor embedded the CAN peripheral, including DSP peripheral initialization, interrupt management and data frames handling. Lastly, the experiment was done on the related hardware platform to verify the DSP CANopen protocol software. According to the regulation of CANopen protocol, the software module function of various communication objects were tested and the related result were showed to illuminate that the software realize the basic requirement of CANopen protocol.Key words: Field-Bus Canopen Protocol Digital Signal ProcessorMaster And Slave Node独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

can总线应用层协议实例解析一、简介CAN总线（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车、工业自动化、家庭等领域的现场总线技术。

它是一种串行通信协议，可以在短距离和长距离传输中实现高可靠性的数据传输。

本篇文章将通过一个简单的CAN总线应用层协议实例来解析CAN总线的物理层、数据链路层和应用层。

二、物理层CAN总线的物理层包括传输介质、收发器和信号电平。

其中，传输介质可以是双绞线、同轴电缆等；收发器负责将数字信号转换为模拟信号或反向转换；信号电平采用差分电压进行数据传输，具有抗干扰能力强、传输距离远等优点。

三、数据链路层CAN总线的数据链路层定义了数据传输的规则和机制，包括数据帧、远程帧和错误控制。

数据帧由标识符、数据段和控制段组成，用于传输实际的数据；远程帧用于请求发送数据，但没有数据段；错误控制包括位错误检测和错误帧发送等功能。

四、应用层CAN总线的应用层定义了实际应用中需要的数据格式和协议。

例如，在汽车中，应用层可以定义车辆控制指令、传感器数据等的数据格式和协议。

应用层还提供了应用程序接口，使得用户可以轻松地使用CAN总线进行通信。

五、协议实例下面是一个简单的CAN总线应用层协议实例，用于控制车辆的灯光系统：1. 数据帧格式：每个数据帧包括标识符、控制段和数据段。

在此实例中，标识符表示灯光控制指令，控制段包括指令类型和指令参数，数据段包括指令的具体参数值。

2. 指令类型：指令类型包括打开前大灯、关闭前大灯、打开尾灯等。

每个指令类型都有一个唯一的标识符。

3. 指令参数：指令参数根据指令类型的不同而变化。

例如，打开前大灯的指令参数包括亮度等级和闪烁频率，关闭尾灯的指令参数为空。

4. 数据传输：当车辆的灯光控制系统接收到一个数据帧时，它会根据标识符判断指令类型和参数，然后执行相应的控制操作。

同时，控制系统还可以将传感器数据或其他信息封装成数据帧发送到CAN总线上。

5. 错误控制：如果数据传输过程中出现错误，控制系统会自动发送错误帧，通知其他节点出现错误。

◆CAN总线使用了11位的标识符，并通过位同步机制，迫使低优先级的报文自动放弃对总线的驱动，实现了冲突避免机制,与基于冲突检测机制的现场总线相比，CAN总线的冲突避免机制保证了在高网络负载情况下的高总线有效使用率，从而能够有效地支持分布式控制系统或实时控制系统，具有低成本、高可靠性、高抗干扰能力和高实时性等特点。

此后，于1993年颁布的ISO11898国际标准[5]为CAN 总线的规范化和应用系统设计铺平了道路。

同时，各种基于CAN协议的高层协议开发使得CAN总线功能更强，应用范围更广，不仅在汽车工业、过程控制、数控机床和纺织机械等领域已取得广泛运用，而且正在向医疗、电力、海运电子设备等方面发展，以1993 年颁布的ISO11898国际标准。

◆ CAN 本身是一个底层协议，仅详细定义了物理层和数据链路层，本身并不完整。

很多复杂的应用问题需要更高层次的定义来解决。

比如，CAN 数据帧一次最多只能传送8 字节，而不能传输大于8 字节的长帧；CAN 只提供了非确认的数据传输服务，而无法提供有确认的数据传输，等等。

所以，CAN 协议允许各厂商在CAN 物理层的基础上自行开发高层应用协议，以满足不同应用的需要。

◆ CANopen 协议着重定义了应用层以及相关的通讯架构，详细内容包括对象字典、网络管理、启动配置、各种传输对象的定义等等。

其中，对象字典是CANopen 的关键，它保存了一个CANopen 节点所有的配置参数和通讯数据，也提供了CANopen 应用层和用户程序交流的接口。

正是由于对象字典的存在，在CAN 总线上传输的报文不需要包含所传数据的格式定义、类型与作用等附加信息，只需包含实际的数据。

报文的接收端只需借助对象字典的帮助，便可以解析CAN 报文内的信息，因为CAN 报文中的每一个比特都被对象字典完全定义。

所以，CANopen 协议具有很高的数据传输效率。

网络管理和启动配置则体现了CANopen 协议的灵活性。

基于CAN总线的通信系统实现2901302001 景梦园CAN总线通信是一个非常实用的技术，无论在工业，制造业还是生活中都有相关的应用。

这次我们所做的基于CAN总线的通信系统实现是一个最基本的应用。

在这项技术中，我们采用了C51、SJA1000、TJA1050三种芯片来实现两个节点之间的通信。

为了方便演示，加入MAX232芯片与单片机相连实现单片机与计算机的串口通信。

1、CAN总线节点技术：控制局域网络CAN(Controller Area Network)总线是德国BOSCH公司20世纪80年代初为解决汽车中众多控制与测试仪器间的数据交换而开发的串行数据通信协议。

这是一种多主总线，无论是在高速网络还是在低成本的节点系统，应用都很广泛。

由于采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其主要特点如下：●通信方式灵活，可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从。

●CAN节点只需对报文的标识符滤波即可实现点对点、点对多点及全局广播方式发送和接收数据，其节点可分成不同的优先级，节点的优先级可通过报文标识符进行设置。

●CAN总线通信格式采用短帧格式，每帧字节数量多为8个字节，可满足一般工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的要求，同时，8个字节不会占用总线时间过长，保证了通信的实时性。

●采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级低的节点会主动退出数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，大大节省了总线冲突仲裁时间，在网络重载的情况下也不会出现网络瘫痪。

●直接通信距离最大可达10 km (速率在5 kb/s以下)，最高通信速率可达1 Mb/s (此时距离最长为40 m)；节点数可达110个,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

●CAN总线采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证数据通信的可靠性，其节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,使总线上其他节点的操作不受影响。

适用于汽车性能检测系统的CAN总线应用层协议设计与实现摘要：借鉴其它CAN总线应用层协议的优点，设计适用于汽车性能检测系统应用的CAN总线应用层协议—xCAN。

主要从报文定义、数据通信和网络管理三个方面进行讨论，并给出了一个应用实例，结果表明xCAN协议应用于汽车性能检测系统是可行的。

关键词：CAN总线，应用层协议，汽车性能检测系统Research and Realization of CAN Bus Application Layer Protocol for Vehicle Performances Testing SystemAbstract:referencing other CAN application layer protocol’s advantages, A new CAN bus application layer protocol named xCAN for vehicle performances testing system was designed. The protocol was discussed in three parts: the assignment of message, the data communication and the network management. Then a typical application was introduced, and the results prove xCAN is applicable for vehicle performances testing system.Keywords: CAN bus, Application layer protocol, vehicle performances testing system1 引言CAN总线已经成为全球范围内最重要的现场总线之一，甚至领导着串行总线的发展。

一种基于CAN总线的通信系统设计与实现摘要：本文设计了应用于分布式控制结构的CAN总线通信系统，采用总线型拓扑结构以及分布式控制思想，在CAN控制器的链路层网络协议基础上，设计了应用层协议和传输层协议，实现批量数据透明块传输及自动错误重传，提高了数据通信的可靠性。

系统已应用于微量元素检测仪器开发，运行结果表明，该通信系统工作稳定、实时性好、执行效率高。

关键词：CAN总线；总线型拓扑结构；应用层协议控制器局域网（CAN:Controller Area Network）总线，是德国BOSCH公司首先应用于汽车内部的一种串行数据通信协议，是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps[1]，由于结构简单、通信质量好，在国内外已经得到较广泛的应用，已成为工业采集领域中首选的现场总线之一。

从OSI网络模型角度出发，现场总线网络一般只实现了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）、第7层（应用层）。

而CAN现场总线仅仅定义了第1层、第2层，这两层完全由硬件实现，无需再为此开发相应软件或固件。

由此，为网络中每一个有效设备提供一组有用的服务与协议，CAN应用层设计至关重要，甚至影响整个CAN通信效率的高低。

在CAN 应用层设计中，CANopen协议是一个通用的、开放的、标准的CAN应用层协议。

在CANopen 协议基础上，确定自己的产品所需要的功能，然后选择最适合自己的硬件系统。

开发周期相对较长，后期验证也需要较长的时间，对协议的不同理解造成的开发的兼容性差[2]。

鉴于本分析仪器硬件特点以及各模块通信的易可行性，CANopen协议相对复杂，为此设计了专门用于本仪器系统的专用CAN应用层协议。

本文设计系统采用单主方式工作，PC机作为主控，其它五个模块为从节点，主控和从节点之间通过USB-CAN板卡实现通信。

从节点采用Cortex-M4为内核的STM32F407VGT6作为主控制器，其内置CAN总线控制器，使得该节点体积小、功耗低、抗干扰性能好。