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CAN总线系列讲座第三讲——CAN控制器和收发器一 CAN控制器官方定义：CAN控制器用于将欲收发的信息（报文），转换为符合CAN规范的CAN帧，通过CAN收发器，在CAN-bus上交换信息。
举个便于理解的例子:就像您发快递一样,要根据快递公司提供的快递单填写具体的信息(发件人和收件人的地址、联系电话等),快递公司将之标准化（统一的快递单格式，并对每一件快递进行编号），随后才能传递信息（您快递的具体东西，如文件、衣服、手机等）。
（1）CAN控制器分类CAN控制器芯片分为两类：一类是独立的控制器芯片，如SJA1000；另一类是和微控制器做在一起，如NXP半导体公司的Cortex-M0内核LPC11Cxx系列微控制器、LPC2000系列32位ARM微控制器。
CAN控制器的大致分类及相应的产品可参见表1。
表1 CAN控制器分类及相应产品型号（2）CAN控制器的工作原理为了便于读者理解CAN控制器的工作原理，下面给出了一个SJA1000 CAN控制器的经过简化的结构框图如图1所示。
图1 CAN控制器结构示意接口管理逻辑接口管理逻辑如图1所示。
接口管理逻辑用于连接外部主控制器，解释来自主控制器的命令，控制CAN控制器寄存器的寻址，并向主控制器提供中断信息和状态信息。
CAN核心模块CAN核心模块如图1所示。
收到一个报文时，CAN核心模块根据CAN规范将串行位流转换成用于接收的并行数据，发送一个报文时则相反。
发送缓冲器发送缓冲器如图1所示。
发送缓冲器用于存储一个完整的报文，当CAN控制器发送初始化时，接口管理逻辑会使CAN核心模块从发送缓冲器读CAN报文。
验收滤波器验收滤波器如图1所示，验收滤波器可以根据用户的编程设置，过滤掉无须接收的报文。
接收FIFO接收FIFO如图1所示。
接收FIFO是验收滤波器和主控制器之间的接口，用于存储从CAN 总线上接收的所有报文。
工作模式CAN控制器可以有两种工作模式（BasicCAN和PeliCAN）。
can控制器芯片CAN控制器芯片是一种用于控制CAN总线通信的集成电路。
它是一种数字逻辑设备，可以实现CAN协议的硬件接口和通信逻辑。
CAN控制器芯片的主要作用是负责处理CAN总线上的数据传输和通信控制，包括帧的发送、接收、过滤和冲突检测等功能。
下面将从CAN控制器芯片的原理、使用场景和发展趋势三个方面进行详细介绍。
首先，CAN控制器芯片的工作原理是基于CAN（Controller Area Network）总线协议的，这是一种用于工控系统和汽车电子等领域的通信协议。
CAN协议采用了分布式的数据通信结构，可以实现多个设备的并行通信。
CAN总线上的设备通过CAN控制器芯片来发送和接收数据帧，并可以根据标识符进行数据过滤和分组。
CAN控制器芯片根据CAN协议的要求，实现了CAN总线的物理接口、传输层和数据链路层的功能。
同时，它还有错误检测和纠正的能力，可以实现数据冲突的检测和重传等机制。
其次，CAN控制器芯片在许多领域中都有广泛的应用。
在汽车电子领域，CAN总线已成为汽车内部各种电子设备之间通信的标准，CAN控制器芯片是汽车电子控制单元(ECU)中的主要组成部分。
通过CAN总线，不同的汽车电子设备可以实现实时的数据交互，如发动机控制、刹车控制、车身稳定系统等。
另外，在工业自动化领域，CAN总线也广泛应用于机器人、PLC、驱动控制等设备之间的通信。
CAN控制器芯片可以帮助实现设备之间的数据传输和协同控制，提高整个系统的可靠性和稳定性。
最后，CAN控制器芯片在未来有着广阔的发展和应用前景。
随着物联网和智能制造的不断发展，物联网设备和工业自动化设备中需要进行更多的数据交互和协同控制。
CAN总线作为一种分布式通信协议，具备较高的实时性和可靠性，将在这些领域中继续得到广泛的应用。
同时，随着芯片制造技术的进步，CAN控制器芯片的集成度和性能也将不断提高，使得其在系统设计中变得更加简洁和高效。
总之，CAN控制器芯片是一种用于控制CAN总线通信的集成电路。
多功能车辆总线(MVB)控制
石颖
【期刊名称】《铁路通信信号工程技术》
【年(卷),期】2006(003)005
【摘要】介绍了MVB总线的物理层、帧和报文的格式与时序,以及从德国BOMBNARDIER引进的地铁总线自动控制的实现.
【总页数】3页(P56-58)
【作者】石颖
【作者单位】长春长客庞巴迪轨道车辆有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U2
【相关文献】
1.多功能车辆总线MVB的状态建模与仿真研究 [J], 聂蓉;黄杰;龚娟
2.多功能车辆总线MVB周期扫描表配置分析 [J], 蒋瑾;王长林
3.基于多功能车辆总线(MVB)的消息数据传输协议 [J], 于晓娜;王建敏;王怀江
4.基于多功能车辆总线(MVB)的消息数据传输协议 [J], 于晓娜;王建敏;王怀江
5.GB/T 28029.9—2020《轨道交通电子设备列车通信网络(TCN)第3-1部分:多功能车辆总线(MVB)》更正启事 [J],
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MVB总线管理器通信网卡的研制朱广超【摘要】MVB总线管理器具有MVB总线管理和仲裁功能,是MVB网络的关键核心设备.从分析MVB总线管理器的功能和需求出发,介绍了研制MVB总线管理器的硬件系统和软件系统设计方案,并介绍了MVB控制器的FPGA实现、介质分配策略、事件仲裁策略、主权转移等关键技术的设计实现方案.MVB一致性测试和功能测试结果验证了自主研制的MVB总线管理器的功能和设计方案.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】7页(P11-16,88)【关键词】多功能车辆总线;总线管理器;列车通信网络【作者】朱广超【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京 100081;北京纵横机电技术开发公司,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】U285.5目前，国内外的动车组、机车及城轨车辆广泛采用国际列车网络通信标准IEC 61375-1[1]规定的多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，简称MVB)作为车厢级总线，实现车厢级网络设备之间的网络通信。
由于MVB网络是总线式网络，为了保证总线上各设备之间网络通信的可靠性和实时性，需要由MVB总线的主设备即总线管理器(Bus Administrator，简称BA)完成总线通信介质的分配和管理，调度和管理各设备之间的通信，因此，MVB总线管理器是整个MVB网络的"指挥官"，除具有普通MVB从卡的通信功能外，还需要具有总线的调度和管理功能，是MVB网络的4类功能网卡，也是MVB网络中功能最为复杂的关键网络设备。
国外西门子、庞巴迪分别基于自己成熟的MVB协议控制芯片开发了系统的MVB 网络产品，杜根公司采用FPGA技术开发了MVB协议控制器芯片，并开发了系列化的MVB网卡产品，包括MVB总线管理器。
国内许多科研单位都开展了MVB 网络产品的研发[1-6]，由于受国外技术封锁和条件限制，多数单位均基于FPGA 技术自主开发了MVB协议控制器，并取得了很大的进展。
MCP2551是一种高速CAN容错设备，用作CAN协议控制器和物理总线之间的接口。
MCP2551器件提供差分发送和接收具有CAN协议控制器的功能，并与ISO-11898标准完全兼容，包括24V要求。
它将以高达1 Mb / s的速度运行。
Features Package Types•支持1 Mb / s的操作•实施ISO-11898标准物理层要求•适用于12V和24V系统•外部控制的斜率，以减少RFI排放•检测TXD输入上的接地故障（永久占优）•上电复位和电压掉电保护•节点未上电或掉电事件不会干扰CAN总线•低电流待机操作•防止短路损坏条件（电池正负电压）•防止高压瞬变•自动热关机保护•最多可以连接112个节点•由于采用差分总线，因此具有较高的抗噪能力•温度范围：-工业（I）：-40°C至+ 85°C-扩展（E）：-40°C至+ 125°CBlock DiagramMCP2551NOTES:1.0 DEVICE OVERVIEW 1.4 Operating ModesMCP2551是高速CAN 容错设备，用作CAN 协议控制器和物理总线之间的接口。
MCP2551器件为CAN 协议控制器提供差分发送和接收功能，并且与ISO-11898标准完全兼容，包括24V 要求。
它将以高达1Mb / s 的速度运行。
RS 引脚允许三种工作模式 已选择： • 高速 •坡度控制 • 支持这些模式总结在表1-1中。
.通常，CAN 系统中的每个节点都必须具有将CAN 控制器生成的数字信号转换为适合通过总线电缆传输（差分输出）的信号的设备。
它还在CAN 控制器和高压尖峰之间提供了一个缓冲，该尖峰可由外部源（EMI ，ESD ，电瞬变等）在CAN 总线上生成。
1.1 Transmitter Function在高速或斜率控制模式下，可对CANH 和CANL 信号的驱动器进行内部调节，以提供受控的对称性，以最大程度地降低EMI 辐射。
摘要：简要的介绍了mvb总线及多功能车辆总线控制器芯片（mvbc）的功能和结构,以及帧收发器在mvbc中的重要作用；详细论述了帧收发器中曼彻斯特编码、译码器的设计，crc校验电路的电路设计，以及负责帧发送、接收的encoder模块、decoder模块的设计实现；最后介绍了该模块的验证方案。
关键词：mvb；wtb；mvbc；crc；曼彻斯特码 1 前言随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的发展，现代列车的过程控制已从集中型的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。
基于分布式控制的mvb（多功能车辆总线）是iec61375-1(1999)tcn（列车通信网络国际标准）的推荐方案，它与wtb(绞线式列车总线)构成的列车通讯总线具有实时性强、可靠性高的特点。
列车车辆的现代化的发展趋势与可靠性、安全性、通讯实时性的要求使mvb逐渐成为下一代车辆的通讯总线标准。
mvb 是主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通讯总线，除用于车辆通讯，也可用作其它现场总线。
mvb与mvbc密不可分，mvbc(多功能车辆总线控制器)是mvb总线上的新一代核心处理器，它独立于物理层和功能设备，为在总线上的各个设备提供通讯接口和通讯服务。
mvbc与上一代mvb通信控制器bap15-2/3在性能上有了很大的提高，是目前mvb总线上最先进的通信控制器。
mvb总线通过总线适配器与mvbc相连，根据iec-61375，mvb总线上采用曼彻斯特码，并每64位帧数据后加以8位crc校验码。
mvb的帧分为主帧和从帧，分别由帧头、数据、校验码以及帧尾构成，不同帧的类型通过帧头来判别。
mvb与mvbc之间数据通信在mvbc中由帧收发器来完成，包括帧的发送接收控制、曼彻斯特编解码以及crc校验码的产生与数据校验。
帧收发器在mvbc中起着数据链路层的底层数据处理的作用，是mvbc芯片的设计难点之一，该模块的设计实现对于整个mvbc的开发有着重要的作用。
本文主要介绍位于mvbc总线物理层接口的帧收发器模块的算法和实现方法。
2 mvbc简介mvbc可通过配置应用在iec.tcn标准的class1,2,3，4设备当中。
总线连接可编程车载电子设备，也连接一些简单的传感器及执行机构，最多可寻址4096个设备。
mvbc把来自于mvb总线的串行化信号转换为并行的数据字节，也把需发送的字节交由串行化电路发送到传输介质上。
mvbc可根据配置实现总线主与总线从的功能，实现数据链路层以及一部分传输层的数据处理，并通过通讯存储器来与上层软件交互。
总线控制器内部包含编码/译码电路和控制通信存储器所需的逻辑电路，用来控制帧的发送和接收（如冲突检测、帧的前导比特处理、crc校验位的处理等）；对输入帧译码并检验其有效性；把数据存放到相应的通信存储器中。
图2-1：mvbc结构框图
3 帧收发器的设计mvbc中的帧收发器主要负责帧的发送、接收，包括曼彻斯特码的编码、解码，crc（循环冗余检测码）的产生与校验，不同类型帧的构建与识别，以及码错的识别和冲突的检测等。
其中曼彻斯特编解码以及crc校验为主要的算法。
3．1 曼彻斯特编码、解码器的设计mvb总线上的串行数据采用曼彻斯特码，曼彻斯特编码中的每个数据位应用以下规范编码：a）一个“1”的编码在位元的前半部分位“高”，后半部分为“低”；b）一个“0”的编码在位元的前半部分位“低”，后半部分为“高”；如图2-4所示：图2-4：曼彻斯特编码规范示意图如果曼彻斯特码中出现整个位元的高电平（nh）或整个位元的低电平(nl)，则被认为非数据符，用于特殊场合，如：帧头，帧尾标识。
（1）曼彻斯特编码器根据曼彻斯特码的编码要求，曼彻斯特编码器其电路实现如图2-5所示：串行数据在1.5m时钟的上升沿处从上一级的移位寄存器输出，在高、低电平时与1.5m时钟相异或，结果得到与上面编码规则相符的曼彻斯特码。
（2）曼彻斯特译码器曼彻斯特译码过程主要是将串行曼彻斯特码转变成串行的电平信号，并把串行电平信号组合成并行信号输出，以便进一步处理。
如果输入的码字不符合曼彻斯特码编码规则（由冲突或其它原因引起），译码器将报告错误信息。
曼彻斯特译码器设计电路如图3-3：
曼彻斯特码输入后经过三级寄存器同步，消除亚稳态。
如果总线在空闲状态之后出现下降沿，则被认为帧的开始位，总线上再出现高电平时使能16位计数器计数。
如果把曼彻斯
特码每个bit周期分为16个部分，如图3-4：则在数据采样1处得到的采样值即为曼彻斯特编码前的原数据，数据采样2是用来帧头帧尾检测；总线冲突检测的原则为：总线上曼彻斯特码的半个bit周期之内的电平应一致，前后半个周期电平应相异，否则被认为码错。
3．2 crc 校验crc的全称为cyclic redundancy check，中文名称为循环冗余校验。
它是一类重要的线性分组码，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。
在各种通信系统中，crc有bit型算法、字节型算法以及基于查找表的算法。
前者适合串行数据通信的校验，后两者常用于高速并行通讯领域。
mvbc可以独立的完成crc校验码的产生与数据的校验而无需软件参与。
其中：g(x) = x7+x6+x5+x2+1电路实现方法上我们选择bit型算法，crc发生电路采用lfsr，主体由一组移位寄存器和模2加法器(异或单元)组成即在数据串行发出的同时，数据经过带有异或单元的移位寄存器产生crc校验码，实际电路图如图3-5：
串行数据的crc校验电路也与crc发生电路一样，不同的是前者crc电路在移位寄存器之前，而后者在后。
3．3 总线接口模块的设计实现总线接口模块包括上述的encoder、decoder。
3．3．1 encoderencoder模块主要有以下功能：（1）构建帧头帧尾；（2）按照传输层指示进行crc校验；（3）对数据进行曼彻斯特编码；（4）实现主、从帧的发送；在class 1 mode以及其它class mode下，encoder分别由class1模块和mcu控制。
如果当前配置允许发送，且控制模块告诉encoder有帧要发送，以及帧类型、帧长度，则encoder先将配置好的帧头发送，然后将帧数据、产生的crc校验码移位后经曼彻斯特编码输出，最后发送帧尾，这样完成主、从帧的发送。
电路实现如图3-6所示：图3-6：encoder模块结构图3．3．2 decodermvb总线采用冗余介质，因此mvbc需要冗余的接收模块来完成帧的接收。
