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CAN总线系统中多播技术的实现

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第21卷第3期2004年9月河　北　省　科　学　院　学　报

JournaloftheHebeiAcademyofSciencesVol.21No.3

Sep2004

文章编号:1001-9383(2004)03-0062-05

CAN总线系统中多播技术的实现①

孙立辉,和志强,曾文献

(河北经贸大学,河北石家庄050061)

摘要:多播技术是控制CAN总线系统中节点同步工作的有效方法。详细介绍了CAN总线控

制器SJA1000在PeliCAN模式下验收过滤器的工作原理。设计了在同一CAN总线网络中实现

单播、组播和广播的方法。该方法具有单播帧和多播帧全部由总线控制器自动验收,无需软件

处理的优点,可以大大简化CAN总线节点的软件设计,增强应用系统的实时性能。

关键词:SJA1000;CAN总线;组播;广播

中图分类号:TN91 文献标识码:A

ImplementationofmulticastinCANbussystem

SUNLi2hui,HEZhi2qiang,ZengWen2xian

(HebeiEconomic&TradeUniversity,ShijiazhuangHebei050061)

Abstract:MulticastisaneffectivewaytocontrolnodesworkingsynchronouslyinCANbus

system.TheprincipleofacceptancefilterofSJA1000workinginPeliCANmodeisdescribedin

detail.Amethodofrealizingsingle2cast,broadcastandmulticastinoneCANbusnetworkis

presented.Thismethodcanachievethatallsingle2castframesandmulticastframesarefiltrated

byCANbuscontrollerautomaticallywithoutsoftware′sdisposal.Thismethodcansimplifysoft2

waredesignofCANbusnodesandenhancereal2timeperformanceofapplicationsystemgreat2

ly.

Keywords:SJA1000;CANBus;Multicast;Broadcast

多播技术是现场总线系统中实现多点同步动作的一种有效方法,但是在复杂的现场总线控制系统

中为满足控制的需要可能要同时用到单播、组播和多播三种帧传送方式,这时对系统节点的配置则需要

一些技巧。在详细分析独立CAN控制器SJA1000PeliCAN模式下验收过滤器工作原理的基础上,介绍

了在CAN总线系统中实现同时支持单播、组播和多播的方法。

1SJA1000验收过滤器的工作原理

独立CAN控制器SJA1000是PhilipsSemiconductorsCAN控制器PCA82C200的替代产品,它提供了

两种工作模式:BasicCAN模式和PeliCAN模式。BasicCAN模式与PCA82C200完全兼容,PeliCAN模式

不仅全面兼容CAN2.0B技术规范,而且增加了许多新的功能,尤其是帧过滤功能得到增强。与

PCA82C200相比,不仅验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器的个数都增加到了4个,而且配置方法更加灵

活。

SJA1000工作在PeliCAN模式时,验收过滤器由验收代码寄存器ACR3、ACR2、ACR1、ACR0和验收

①收稿日期:2003-08-23作者简介:孙立辉(1971-),男,河北东光县人,军械工程学院在读博士研究生,主要从事通信技术的应用研究.屏蔽寄存器AMR3、AMR2、AMR1、AMR0组成。ACR和AMR配合在一起工作,所有对应AMR中0的

ACR位与CAN信息帧有关位必须全部相同才算验收通过。所有对应AMR为1的ACR位,其验收过滤

功能被屏蔽,CAN信息帧的对应位对验收不产生影响。

由于SJA1000兼容CAN2.0B技术规范,它支持标准帧和扩展帧两种帧格式,SJA1000对每种帧格式

都有单过滤和双过滤两种过滤方法,故实际上SJA1000有四种过滤形式,下面将分别进行介绍。

1.1单过滤模式

在单过滤模式中,4个验收代码寄存器和4个验收屏蔽寄存器分别被配置成32位的验收代码寄存

器和验收屏蔽寄存器,总线上的帧只有通过了它的验收才予以接收。

1.1.1接收标准帧时过滤器的配置

图1为单滤波模式接收标准帧的过滤器配置图。在这种配置下,标准帧的11位识符(ID.28～ID.

18)、RTR和数据帧中的前两个字节(DB1、DB2)被用于过滤。参与过滤位对应AMR中“1”的那些位对

接收过滤不产生影响。参与过滤位中所有对应AMR中“0”的那些位逐位与ACR中对应位比较,只有全

部相同,该帧过滤才算通过。若接收到的帧为远程帧(RTR=1)或是数据帧但其数据字节个数为0,则

验收时只要11位标识符和RTR位验收通过,该帧即可被接收。

图1单滤波模式接收标准帧时过滤器配置1.1.2接收扩展帧时过滤器的配置

图2为单滤波模式接收扩展帧时的过滤器配置图。

图2　单滤波模式接收扩展帧过滤器的配置

单过滤模式接收扩展帧时,验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器分别由除ACR3和AMR3的最

低两位以外的其余30位组成,ACR3和AMR3的最低2位未使用,扩展帧的29位标识符和RTR被用于

过滤,其过滤规则同过滤标准帧相同。

1.2双过滤模式在双过滤模式中,4个ACR和4个AMR被配置成两个短的过滤器,总线上的帧只要通过了两个过36　第3期 孙立辉等:CAN总线系统中多播技术的实现滤器中一个的验收,该帧即可被接收。双过滤模式下接收标准帧和扩展帧过滤器的配置相差较大,下面

分别进行介绍:

1.2.1接收标准帧时过滤器的配置

图3为双滤波模式接收标准帧的过滤器配置图。

在对标准帧进行验收时,过滤器1按图示验收规则对标识符和第一个数据字节进行检验,过滤器2只对帧标识符和RTR位进行检验,当报文通过两个过滤器中一个的验收时即可被接收。同单过滤模式

接收标准帧一样,当接收到的帧为远程帧或者数据帧的数据字节的个数为0,接收过滤器1在验收时将

忽略对数据字节的检验。

图3双滤波模式接收标准帧的过滤器配置1.2.2接收扩展帧时过滤器的配置图4为双滤波模式接收扩展帧的过滤器配置图。在这种情况下两个过滤器看起来比较规整,两个过滤器的均16位,对扩展帧标识符的高16位进行过滤。过滤规则与前述相同。

2广播和组播的实现

在CAN总线系统中,帧的发送形式共有3种,即:单播、组播和广播。其中组播和广播都属于多播。由于绝大多数系统中都要用到单播,所以在同一CAN系统中通常用到的发送形式组合,归纳起来有四种可能:(1)只用到单播;(2)既用到单播,也用到组播;(3)既用到单播,也需要广播;(4)既用到单播,也需要广播和组播。若系统中只用到单播,实现起来非常简单,而在一个系统中同时用到两种以上的发送

方式,实现时则需要一些技巧。对于PCA82C200和SJA1000的BasicCAN模式,过滤器只有一种单过滤

模式,要想在一个系统中既支持单播又支持多播,不仅需要合理设置验收过滤器,而且还要结合软件才

可以实现。此时系统的实时性能会大打折扣。SJA1000的双过滤模式为实现同时支持单播和多播的功

能提供了极大的方便。将通过几个例子分三种情况介绍SJA1000工作在PeliCAN模式且过滤器采用双

过滤模式实现多播的方法。

2.1支持单播和组播的实现方法

下面通过一个双过滤模式下接收标准帧的例子,来介绍在同一CAN总线系统中实现支持单播和组

播的方法。

系统中帧标识符按图5所示进行分配。标识符的最高位用于区分帧是组播帧还是单播帧。需要说

明的是,笔者仅仅是利用图5作为例子来说明设计思想,具体应用时可以根据具体需要规定标识符中各

位的含义。46河北省科学院学报 2004年第21卷　图4　双滤波模式接收扩展帧的过滤器配置

2827262524232221201918说明

1目的组地址源节点地址自定义组播帧

0目的节点地址源节点地址自定义单播帧

图5采用标准帧进行单播和组播时标识符的分配举例

两个过滤器中的一个用于过滤单播帧,另一个用于过滤组播帧。用过滤器1验收组播帧,过滤器2验收单播帧。ACR寄存器和AMR寄存器的设置如图6所示。ACR0.6～ACR0.4表示节点所属组的编号,ACR2.6～ACR0.3表示节点的地址。

图6采用标准帧进行单播和组播时ACR、AMR设置举例当总线上传送的是组播帧且报文标识符的ID.27～ID.25与节点所属组编号相同时,报文会通过过

滤器1的验收而被接收。当总线上传送的是单播帧且帧标识符的ID.27～ID.24与节点地址相同时报

文会通过过滤器2的验收而被接收。56　第3期 孙立辉等:CAN总线系统中多播技术的实现2.2支持单播和广播的实现方法同时支持单播和广播的实现方法与同时支持单播和组播的实现方法基本相同,只不过不用设置组

地址,只需区分广播帧和单播帧即可。

2.3支持单播、组播和广播的实现方法

采用前述的方法不能直接实现同一系统中支持单播、组播和广播的功能,但利用验收过滤器在双过

滤模式下接收标准帧和扩展帧时配置不同这一特点,则可以巧妙地实现该功能。

比较一下图3和图4不难发现,双过滤模式下接收扩展帧和标准帧时,过滤器配置的差异在于:接

收标准帧时,ACR3和AMR3的低四位属于过滤器1,参与对第一个数据字节的验收过滤,而在接收扩展

帧时,它属于过滤器2,参与对扩展帧标识符的过滤。更为重要的是,这种配置的变换是由SJA1000根据

接收到帧的格式不同自动进行的。利用这一特点,我们可以实现在同一CAN系统中同时支持单播、组

播和广播。下面举例来说明实现方法。

规定使用过滤器1验收组播帧和广播帧,过滤器2用来验收单播帧,且用标准帧格式发送组播帧,

用扩展帧格式发送广播帧和单播帧。组播、广播和单播帧的帧格式定义分别如图7、8、9所示。

按照图7-9所示的帧格式定义,ID.28用以表示帧是单播还是多播,置ACR0.7=1,AMR0.7=0,

ACR2.7=0,AMR2.7=0,使过滤器1验收组播和广播帧,过滤器2验收单播帧。若发送帧的ID.28=1且为扩展帧格式,则该帧为广播帧,接收节点的过滤器1按照图4所示的规则对该帧进行验收过滤。若

发送帧ID.28=1且帧格式为标准帧,则该帧为组播帧。接收节点的过滤器1按照图3所示的规则对帧

进行验收,与验收广播帧不同的是,它不仅过滤帧中ACR0、ACR1的对应位,而且还要过滤ACR3低4位

的对应位,即目标组编号。用这4位判断本节点所在组是否是该帧的目标组。若ID.28=0且帧格式为

扩展帧,则该帧为单播帧,接收节点的过滤器2按照图4所示的规则对该帧进行验收过滤,此时ACR3和AMR3的低4位属于过滤器2,它仍然是对目标节点所属组编号进行过滤,ACR2全部8位与ACR3的

高4位对源节点地址、目标节点地址以及自定义部分进行验收过滤。282726252423-18DB1.7-DB1.4DB1.3-DB1.01源节点地址自定义目标组编号

图7组播帧的帧格式定义举例

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CAN总线技术介绍

CAN总线技术介绍

CAN总线技术介绍

CAN总线技术，也被称为Controller Area Network(CAN)，是一种广泛使用的低层次的工业总线，是一种高效的低成本高性能的汽车总线。主要应用于车辆对信息和控制来说非常重要的多个电子设备之间的连接，用于传输信息，控制信号和多媒体信号等。是一种以多路复用网络技术技术为基础，可以实现节点间信息和控制的互连网络，这种网络经常被用来实现车辆各组件之间的联动，实现多媒体的信号传输和各类信号的交互。

CAN总线技术也是一种多路复用网络技术，它在不同类型的节点之间传输信号和控制信号，实现节点之间互连，实现多媒体的信号传输和各类信号的交互。CAN总线采用两线总线结构，通信线缆一般采用双绞线、单绞线或者光纤。它的通信特性具有低延时、高速率、低成本、可靠性高等优点，可以满足现代车辆对节能、安全、可靠性要求。

（1）硬件：包括CAN总线收发器（Transceiver）、CAN总线线缆（Cable）及CAN总线连接线（Connector）。

（2）软件：主要是CAN 控制器（Controller）和CAN驱动软件（Driver）。

数据链路层技术中的广播与多播实现机制(九)

数据链路层技术中的广播与多播实现机制(九)

数据链路层技术中的广播与多播实现机制

引言：

在计算机网络中，数据链路层是一个重要的层次，负责将数据从网络层传输到物理层。在数据链路层中，广播（Broadcast）和多播（Multicast）是两个常见的实现机制。广播是将数据包发送给网络中的所有设备，而多播是将数据包发送给网络中的一组设备。本文将探讨数据链路层技术中的广播与多播实现机制，深入解析其原理与应用。

一、广播实现机制

广播是在数据链路层中实现的一种广泛应用的通信机制。其原理是发送方向网络中的所有设备发送数据包，并由接收方设备进行相应的处理。广播可以用于向网络中的所有设备发送通知、请求或其他类型的信息。以下是广播实现机制的关键要点：

1. 数据帧的广播地址

在数据链路层的数据帧中，有一个特殊的字段叫做目的地址（Destination Address），用于指定数据包的接收方。当该地址设置为广播地址时，数据包将被发送到网络中的所有设备。广播地址通常使用特定的二进制码，例如在以太网中，广播地址的二进制码为全1，即FF:FF:FF:FF:FF:FF。

2. 媒体访问控制（MAC）协议 广播的实现还涉及到媒体访问控制（MAC）协议，这是一种控制设备在共享媒体上进行数据传输的机制。MAC协议中定义了多种方式来实现广播，如广播帧传输、逻辑步进传输等。

3. 广播域

广播的范围由广播域（Broadcast Domain）决定，广播域是一个逻辑上的概念，指的是在网络中可以接收到广播数据包的设备的集合。广播域的大小与网络的拓扑结构、路由器等相关因素有关。在较小的局域网中，广播域通常包含所有设备；而在大型企业网络中，通常会进行划分，以减少广播流量。

二、多播实现机制

多播是一种将数据包发送给一组设备的机制，与广播不同的是，多播只将数据发送给指定的一组设备，而不是所有设备。多播在实时多媒体传输、多人在线游戏等场景中得到广泛应用。以下是多播实现机制的关键要点：

CAN总线接口在单片机网络通信中的实现方法

CAN总线接口在单片机网络通信中的实现方法

CAN总线接口在单片机网络通信中的实现方法

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车、工业控制和机器人等领域的串行通信协议。它在单片机网络通信中具有重要的作用，可以实现高效可靠的数据传输。本文将介绍CAN总线接口在单片机网络通信中的实现方法。

一、CAN总线的基本原理

CAN总线是一种多主机、多从机的总线系统，其基本原理是基于广播方式进行通信。CAN总线上的每个节点都可以发送和接收数据，它们通过共享线路传递信息。

在CAN总线中，每个节点都有一个唯一的标识符。当某个节点发送一帧数据时，其他节点会接收到该帧数据并进行处理。这种广播方式可以实现节点之间的高效通信。

二、CAN总线接口的硬件实现

为了在单片机网络通信中实现CAN总线接口，我们需要使用一种具备CAN功能的单片机芯片，并连接相应的硬件电路。

1. CAN控制器：

CAN控制器是实现CAN总线通信的核心部件，它负责发送和接收数据，并进行错误检测和纠正。CAN控制器通常集成在专门的CAN芯片中，也可以作为单片机的一部分。

2. CAN收发器： CAN收发器是将CAN控制器产生的数字信号转换为物理信号，以便在CAN总线上进行传输。它可以将接收到的差分信号转换为单端信号，并将发送的单端信号转换为差分信号。

3. 终端电阻：

CAN总线上的终端电阻用于抵消传输线上的反射信号，并确保正确的信号传输。终端电阻一般放置在CAN总线的两端。

4. 过滤器电路：

过滤器电路用于过滤掉不需要的数据帧，只接收需要的数据帧。它可以根据CAN帧的标识符进行过滤，提高系统的响应速度。

三、CAN总线接口的软件实现

在硬件电路连接完成后，我们还需要编写相应的软件程序来实现CAN总线接口的效果。

1. 硬件驱动：

首先，我们需要编写硬件驱动程序，通过设置单片机的寄存器配置CAN控制器和收发器。这些寄存器包括CAN控制寄存器、接收缓冲区寄存器和发送数据寄存器等。

数据链路层技术中的广播与多播实现机制(十)

数据链路层技术中的广播与多播实现机制(十)

数据链路层技术中的广播与多播实现机制

数据链路层是计算机网络中的一层，负责将网络层传来的数据包进行分帧，并通过物理层将帧发送给目标主机。在这个过程中，广播和多播是两种常见的实现机制。本文将对数据链路层中广播和多播的实现机制进行讨论。

一、广播实现机制

广播是将数据包发送给网络中的所有主机的一种机制。在数据链路层，广播的实现机制主要有两种：广播地址和广播帧。

1. 广播地址

广播地址是指一个特殊的目标地址，用于标识要发送到网络中的所有主机。在以太网中，广播地址是一个48位的二进制数，表示为全为1的MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）。当一个主机发送一个帧时，如果目标MAC地址设置为广播地址，这个帧就会被发送到所有连接在网络上的主机上。

广播地址的使用可以保证数据包能够被所有主机接收到。在网络中，当一个主机接收到一个广播帧时，它会检查帧中的目标MAC地址是否为广播地址，如果是，则表示这个帧是广播帧，该主机会接收并处理这个帧。这样，网络中的所有主机都能接收到广播帧的内容。

2. 广播帧 广播帧是指在发送数据包时，加上广播地址作为目标MAC地址的帧。广播帧在以太网中的格式与普通帧相同，只是目标MAC地址设置为广播地址。

在发送广播帧时，发送主机会将广播地址作为目标MAC地址填入帧头。这样，帧在经过数据链路层的处理后，会被发送到网络上的所有主机。接收主机在接收到广播帧后，会根据源MAC地址和广播地址进行过滤，只有目标MAC地址为广播地址的帧才会被接收并处理。

二、多播实现机制

多播是将数据包发送给网络中一组特定主机的一种机制。在数据链路层，多播的实现机制主要通过多播MAC地址和多播帧来实现。

1. 多播MAC地址

多播MAC地址是一组特殊的MAC地址，用于标识要发送到特定主机组的数据包。在以太网中，多播MAC地址是一个48位的二进制数，该地址的第一字节的最低位为0表示这是一个多播地址（最低位为1表示单播地址）。