社会应用中总线分为数据总线地址总线和控制总线对于CAN总线采样点对社会通信系统的影响进行了深入研究
CAN(Controller Area Network)协议是一种现场总线协议,它实现了物理层、数据链路层、应用层。因为现场总线通常只包括一个网段,因此不需要第3层(传输层)和第4层(网络层),也不需要第5層(会话層)、第6 层(描述層)的作用。其中,第2層是CAN协议,第7層是應用層協議。CAN协议含有較強的錯誤能力,在數據鏈路上保證傳輸的可靠性,這就節省了應用層上在這方面的開銷。
引言
CAN 是 Controller Area Network 的缩写,是 ISO 国际标准化的串行通信协议。CAN 的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备等方面。在这些领域内,现场总线作为技术发展的一部分,被誉为自动化领域的计算机局域网,它为分布式控制系统实现各节点之间实时、高效数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN 总线采样点规则与原理
CAN 协议里将一个位时间分为同步段、传播段、一相位缓冲段 1 和一相位缓冲段 2。这四个部分又由称之为 Time Quantum(以下称为 Tq)的最小时间单位构成。一位由多少个 Tq 构成以及每个段由多少个 Tq 构成等都是可以设定的通过设置点位时序,使得可以设定一个采样点以使得总線上多個單元可同時採樣,這個時刻總線上的電平被锁存,這個锁存的电平作为位值。
采样点位置在相位缓冲段 1(PBS1)结束处,如图所示:
图:CAN 位時間結構圖
其中同步段(SS)负责多个连接在總線上的单元通过此段实现时序调整;同步进行接收和发送工作,边沿包含在此 segment 中;传播时间段(PTS)用于补偿网络上所有物理延迟;相位缓冲 segments PBS1 和 PBS2 用于当信号边沿不能被包含于同步 segment 中时,可在此 segment 进行补偿;采样点即為讀取並解釋總線上各位值的一个时间點,所以從一個 bit 的開始到采樣點時間占一個完整 bit 的總時間百分比就是所求的採樣點值,由公式計算:採樣點=(TSEG1+TSEG2)/(TSEG1+TSEG2+TJW)+0.5*TJW/TQ。
采样点对 CAN 总线来说非常重要,在组网的时候,多个节点应尽量保持同一个采样点,而且最好不超过7/8 位时间,上述频率推荐采用75% 或者80% 作为最佳选择。
CAN 总线采样的影响分析
在实际设计中,可以根据具体需求来调整 TIME QUANTUM(TQ)、Synchronization Segment (SS), Propagation Time Segment (PTS), Phase Buffering Segments (PBSs), and the Bit Timing Parameter such as the Synchronization Jump Width (SJW), Sector Length, and the Sampling Point to optimize communication performance.
实验结果分析
数据显示使用特定的参数配置能够提高系统性能并优化消息交换过程。
结果表明,不同波特率下适用的采样比例不同,但对于大多数情况而言,以75%或80%作为最佳配置。
通信距离受限因素主要包括ACK应答延迟、物理介质传输速度限制等,这些都直接影响到了系统能否达到预期效果。
结论:
采样的正确设置对于确保有效通讯至关重要;
适当调整 TIME QUANTUM(TQ)、Synchronization Segment (SS), Propagation Time Segment (PTS), Phase Buffering Segments (PBSs),Bit Timing Parameter 等参数可以进一步提升整个系统运行效率;
实际应用中还需考虑硬件设备及环境因素以确保最佳性能;
建议:
对于未来的研究方向,可以探讨更复杂场景下的调参策略,比如考虑更多变量或者更复杂拓扑结构的情况。
同时也可以探索如何利用软件手法来动态调整这些参数,以适应不同的工作负载或环境条件变化,从而提高整个系统灵活性和鲁棒性。