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现场总线实验报告

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现场总线实验报告

班 级 ：___ _ 11自动化2____

姓 名：___ 许文博 __

成 绩：____________________

指导教师：___ 张哲铭 ___

目录

前言、CAN 总线通信„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

一、CAN 总线简介

1.1特点介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1.2技术介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.3优点介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

二、DSP 简介

2.1 TMS320F28335的概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.2 TMS320F28335的连接图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

三、eCAN 模块简介

3.1 eCAN 模块的特性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.2接收邮箱„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.3发送邮箱„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

四、实验原理

4.1软件流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

4.2 CAN总线收发器的硬件原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

五、实验设计

5.1 代码分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

5.2实验结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

六、实验总结

6.1 eCAN的应用实例„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.2心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

前言

CAN 总线通信

由于CAN 总线本身的特点，其应用范围目前已经不局限于汽车行业，而扩展到机械工业、纺织机械、农业、机器人、数控机床及传感器等领域。其通讯的突出特点为：可靠性、灵活性、实时性，具体可以概括如下：

1、CAN 为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息, 而不分主从。

在报文标志符上，CAN 的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。

2、CAN 采用非破坏性总线总裁技术。

3、CAN 节点只需通过对报文的标志符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传输接收数据。

4、CAN 的直接传输距离10Km （速率在5Kbps 下）通讯最高速率为1Mbps （此时通信的最长距离为40m ）；

5、CAN 的节点数 主要取决于总线驱动电路，目前可达到110个

6、CAN 的每帧信息都有CRC 校验及其他校验措施，具有极好的检错效果。

7、CAN 的通信介质为双绞线、同轴电缆或光纤

8、CAN 节点在严重错误时具有自动关闭输出功能，以便总线上其他节点的操作不受影响。

9、Vcan-h 和Vcan-l 为CAN 总线收发器与总线之间的两接口引脚，信号是以两线之间的“差分”电压形式出现。

一、CAN 总线简介

1.1特点介绍

（1）多主站依据优先权进行访问。 CAN为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。

（2）采用短帧传送。CAN 采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码。每帧数据信息为0—8个字节，具体长度由用户决定。

（3）无破坏基于优先权的仲裁。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突时间。

（4）借助接收滤波的多地址帧传送。CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点，一点对多点以及全局广播等几种方式来传输数据，无需专门的“调度”。各个接收站依据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，决定是否接收。

（5）强有力的错误控制及错误重发功能：CAN 的每帧信息都有CRC 校验及

其他检错措施，在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新发送。

（6）长距离高速率发送：CAN 的直接通信距离最远可达10km （速率5km 以下）；通信速率最高可达1Mbps （此时通信距离最长为40m ）。CAN 的通讯速率与其通信距离有呈线性关系。 ⑺CAN 总线多负载能力：CAN 上的节点数主要取决于物理总线的驱动电路，节点数目前可达110个；其报文标识符2032种（CAN2.0 A 标准），而扩展标准（CAN2.0B ）的报文标识符几乎不受限制。

CAN 网络和模块

控制器局域网络(CAN) 使用一个串行多主机通信协议，此协议有效地支持

分布式实时控制，具有非常高的安全级别，并且通信速率可达1Mbps 。CAN 总线是嘈杂和恶劣的环境，如汽车和其他要求可靠通信的工业领域应用的理想选择。高达8字节数据长度的已设定优先级的消息可以通过多主机串行总线发送，此总线使用一个仲裁协议和一个错误检测机制来确保高度的数据完整性。

1.1 CAN协议概述

1.1.1 CAN协议支持四种不同的通信帧类型：

（1）数据帧将数据从发射器节点发往数据接收器节点

（2）节点发出远程帧请求发送具有同一识别符的数据帧

（3）一个总线错误检测上任一节点发出的错误帧

（4）过载帧用以在先行的和后续的数据帧或远程帧之间提供附加延时

此外，CAN 2.0B 版技术规范定义了两种标识符字段长度不同的格式帧：11 位标识符的标准帧和29 位标识符的扩展帧。

CAN 标准数据帧包含44 到108 位而CAN 扩展数据帧包含64 到128 位。另

外，标准数据帧最高可插入23个填充位，而扩展数据帧最高却可插入28个填充位，这主要取决于数据流编码。标准帧的最大总数据帧长度为131位，而扩展帧为156

位。

1.2技术介绍

1.2.1 CAN数据帧的组成

(1)远程帧 (2)错误帧 (3)超载帧 (4)数据错误检测 (5)循环冗余检查(CRC)

(6)帧检查 (7)应答错误 (8)总线检测 (9)位填充

图1.CAN 数据帧的组成

1.3优点介绍

对通信数据块进行编码，可以多主方式工作; 采用非破坏性仲裁技术；每帧数据都有CRC 校验及其他检错措施; 可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据; 采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作; 具有优先权和仲裁功能; 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文; 可靠的错误处理和检错机制; 发送的信息遭到破坏后，可自动重发; 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能; 报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

二、DSP 简介

2.1 TMS320F28335的概述

TMS320F28335型数字信号处理器TI 公司的一款TMS320C28X 系列浮点DSP 控制器。TMS320F28335具有150MHz

的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA 通道支持ADC 、McBSP 和 EMIF，有多达18路的PWM 输出，其中有6路为TI 特有的更高精度的PWM 输出 (HRPWM)，12位16通道ADC 。

2.2 TMS320F28335的连接图

三、eCAN 控制器概述

eCAN 是一个带有内部32 位架构的CAN 控制器。eCAN 模块组成：CAN 协议内核(CPK)、消息控制器。

3.1消息控制器包括：

（1）内存管理单元(MMU)，包括CPU 接口和接收控制单元（接受过滤），定时器管理单元

（2）能存储32 条消息的邮箱RAM

（3）控制和状态寄存器

在接收一个有效的CPK 的消息后，消息控制器的接收控制单元确定接收到的消息是否必须存储到邮箱RAM 中的32 个消息对象中的一个对象中。接收控制单元检查状态、标识符、和所有消息对象的屏蔽，以确定相应邮箱位置。收到的信

息通过接受过滤后被存储在第一个邮箱。如果接收控制单元无法找到任何邮箱来存储接收到的消息，则该消息将被丢弃。

一条消息由11或29位标识符、一个控制字段，以及多达8个数据字节组成。 当一条消息必须传输时，消息控制器把该消息传输到CPK 的发送缓冲区，以便在下次总线空闲状态时开始传输该消息。当必须传输多个消息时，已做好传输准备的、具有最高优先级的消息将由消息控制器传输到CPK 中。如果两个邮箱具有相同的优先级，那么具有较高的号码的邮箱优先传输。

定时器管理单元包含一个时间戳计数器并且将一个时间戳置于所有接受到或已发送消息的附近。当一条消息还未收到或在允许的时间期限（超时）尚未传输时，会生成一个中断。时间戳的功能是只有在eCAN 模式时可用。

若要启动数据传输，必须在相应的控制寄存器设置传输请求(TRS.n)。整个传输过程中可能出现的错误处理在没有CPU 介入的情况下执行。如果一个邮箱已经被配置用来接收消息，CPU 就能很容易地使用CPU 读指令读取其数据寄存器。在每一个成功的消息发送或接收到后，邮箱可配置为用来中断CPU 。

图2. eCAN模块的架构

3.2接收邮箱

CPU 将要发送的数据存储在一个配置为发送邮箱的邮箱中。 在把数据和标识符写入到 RAM中后，如果相应的 TRS[n] 位已设置，假如通过设置相应的 CANME.n 位邮箱被启用的话，则消息被发送。如果不止一个邮箱被设为发送邮箱，并且不止一个 TRS[n] 位被置位，则消息从具有最高优先级的邮箱按照优先级下降的次序依次发送。在 SCC 兼容模式下，邮箱传输的优先级取决于邮箱号。 最高的邮箱号 (=15) 包含最高优先级。在 eCAN 模式下，邮箱传输的优先级取决于消息控制器字段 (MSGCTRL) 寄存器中的 TPL 字段的设置。具有最高 TPL 值

的邮箱首先被发送。 只有当在两个邮箱的 TPL 值相同时，更高号码的邮箱首先发送。如果一个传输由于仲裁丢失或错误而失败，则消息将重新尝试传输。 在重新传输前，CAN 模块检查是否有另外一个传输被请求，然后传输优先级最高的邮箱。

3.3发送邮箱

每个进入消息的标识符与保存在使用适当屏蔽的接收邮箱内的标识符相比较。 当两者匹配时，接收到的标注符，控制位和数据字节将被写进匹配的 RAM 位置。 同时，相应的接收消息等待位，RMP[n](RMP.31-0) 被设置，如果被启用则产生一个接收中断。 如果未检测到匹配，则消息不存储。当消息接收后，消息控制器从邮箱编号最高的邮箱开始搜索一个匹配的标识符。 在 SCC 兼容模式下的 eCAN 的邮箱 15 具有最高接收优先级；在 eCAN 模式下，eCAN 的邮箱 31 具有最高接收优先级。在读取数据后，CPU 必须将 RMP[n] (RMP.31-0) 复位。 如果这个邮箱又接收到第二个消息，且接受消息等待位已经被设定，相应的消息丢失位 (RML[n] (RML.31-0)) 被设置。这种情况下，如果写覆盖保护位OPC[n] (OPC.31-0) 被清除，则存储的消息被新消息写覆盖；否则，检查下一个邮箱。 如果一个邮箱被设置为一个接收邮箱并且发送请求位(RTR)被设置，则邮箱可以发送一个远程帧。一旦一个远程帧被发送，则邮箱的TRS 位被CAN 模块清除。

四、实验原理

4.1软件流程图

4.2 CAN总线的硬件原理图

五、实验设计

5.1代码分析

接收：

#include "DSP2833x_Device.h" // DSP2833x Headerfile Include File #include "DSP2833x_Examples.h" // DSP2833x Examples Include File

void eCAN_INT_mailbox_read(void );

#define RXCOUNT 100000

Uint32 TestMbox1 = 0;

Uint32 TestMbox2 = 0;

Uint32 TestMbox3 = 0;

//Uint32 MessageReceivedCount = 0;

//long i = 0;

void main(void )

{

struct ECAN_REGS ECanaShadow;

InitSysCtrl();

InitECanaGpio();

InitECana();

DINT;

InitPieCtrl();

IER = 0x0000;

IFR = 0x0000;

InitPieVectTable();

EALLOW;

PieVectTable.ECAN0INTA = &eCAN_INT_mailbox_read;

EDIS;

PieCtrlRegs.PIEIER9.bit.INTx5 = 1;

IER |= M_INT9;

ECanaMboxes.MBOX25.MSGID.all = 0x95555555; //接收

ECanaShadow.CANMD.all = ECanaRegs.CANMD.all;

ECanaShadow.CANMD.bit.MD25 = 1;//配置邮箱25为接收邮箱

ECanaRegs.CANMD.all = ECanaShadow.CANMD.all;

ECanaShadow.CANME.all = ECanaRegs.CANME.all;

ECanaShadow.CANME.bit.ME25 = 1;//使能25号邮箱

ECanaRegs.CANME.all = ECanaShadow.CANME.all;

ECanaMboxes.MBOX25.MSGCTRL.bit.DLC = 8;//发送或接收了8字节的数据

}

interrupt void eCAN_INT_mailbox_read(void )

{

if (ECanaRegs.CANRMP.bit.RMP25)

{

PieCtrlRegs.PIEACK.bit.ACK9 = 1;

}

发送：

#include "DSP2833x_Device.h" // DSP2833x Headerfile Include File #include "DSP2833x_Examples.h" // DSP2833x Examples Include File

#define TXCOUNT 100000

long i;

long loopcount = 0;

void main()

{

struct ECAN_REGS ECanaShadow;

InitSysCtrl();

ECanaRegs.CANRMP.bit.RMP25 = 1; TestMbox1 = ECanaMboxes.MBOX25.MDL.all; // = 0x9555AAAn (n is the TestMbox2 = ECanaMboxes.MBOX25.MDH.all; // = 0x89ABCDEF (a TestMbox3 = ECanaMboxes.MBOX25.MSGID.all; // = 0x9555AAAn (n is the MBX number) constant) MBX number) }

InitECanaGpio();

DINT;

InitPieCtrl();

IER = 0x0000;

IFR = 0x0000;

InitPieVectTable();

InitECana();

ECanaMboxes.MBOX25.MSGID.all = 0x95555555;

ECanaShadow.CANMD.all = ECanaRegs.CANMD.all;

ECanaShadow.CANMD.bit.MD25 = 0;//设置25号邮箱为发送邮箱

ECanaRegs.CANMD.all = ECanaShadow.CANMD.all;

ECanaShadow.CANME.all = ECanaRegs.CANME.all;

ECanaShadow.CANME.bit.ME25 = 1;//启动25号邮箱

ECanaRegs.CANME.all = ECanaShadow.CANME.all;

ECanaMboxes.MBOX25.MSGCTRL.bit.DLC = 8;//8字节发送

//装载发送数据

ECanaMboxes.MBOX25.MDL.all = 87654321;

ECanaMboxes.MBOX25.MDH.all = 0xffffffff;

for(i=0; i

{

ECanaMboxes.MBOX25.MDL.all = i;

ECanaMboxes.MBOX25.MDH.all = i;

ECanaShadow.CANTRS.all = 0;

ECanaShadow.CANTRS.bit.TRS25 = 1; // 置位TRS25，相应的CANME 邮箱被启用的话，信息被发送

ECanaRegs.CANTRS.all = ECanaShadow.CANTRS.all;

do

{

ECanaShadow.CANTA.all = ECanaRegs.CANTA.all;

} while(ECanaShadow.CANTA.bit.TA25 == 0 ); // 确认消息是否被发送成功

ECanaShadow.CANTA.all = 0;

ECanaShadow.CANTA.bit.TA25 = 1; // 清零 TA5

ECanaRegs.CANTA.all = ECanaShadow.CANTA.all;

loopcount ++;

}

asm(" ESTOP0"); // Stop here

}

5.2实验结果图

六、实验总结

6.1 ECAN的应用实例

EOC ：ECAN 技术对语音业务的支持

E CAN （ E thernet Over C aox A ccesss N etwork 基于同轴电缆接入网的以太

网）技术没有简单地采用CSMA 机制，而是创造性地将IEEE802.3ah 的EPON MAC 协议移植到了无源同轴电缆用户分配网中，实现点对多点的以太到家的 宽带接入， 从而完全避免了CSMA 带来的局限。

其 MAC 协议沿用了EPON 的协议，具有动态带宽分配（DBA ），可实现电

信级的运营和维护， 可支撑所有业务(视频、语音和数据） 的接入， 是一个完 全符合运营商多业务需求的接入技术。

VOIP 模式这种基于分组技术的语音方案，与ECAN 有较好的技术吻合，形 成的系统也最适合采用NGN 的SS/IMS平台的业务网络。在这种方案中客户端 的CNU 实际上就是一个接入网关(AG) ， 或者可以看做同轴口的IAD ， 而 ECAN+EPON网络系统是一个透明的二层网络， 系统通过连接上游的NGN 网 络即可提供V oIP 解决方案。

一 、首先，对于V oIP 语音业务而言，VOIP 包一般是短包，约为64-128byte 上下， 这就要求所用的技术对于短包长的数据流要有稳定和足够带宽的传输 能力， 不然延迟和抖动等性能都无法保障。

ECAN 采用了EPON 的IEEE802.3ah 协议， 其传输带宽或MAC 总吞吐量不

会随着业务的数据包的长短而发生变化， 能支持所有类型的业务， 具有很好 的可运营性。

如图2所示，无论是64byte 的包长还是1518 长包长，其吞吐量都是在

115Mbps 以上， 是一条非常平直和优美的曲线。

而 其 他“ EOC ”技术(HPmePlug的A V 、PLC 的BPL 、HomePNA 、MOCA 和 WiFi Over Coax等技术) 基本来自于数字家庭联网技术， 其MAC 层协议和传输 机制并非面向接入网应用，它们的传输性能是包长和接入终端数的两维函数。 见 图 3，在1518Byte 时，这些技术几乎都有几十Mbps ，甚至接近100Mbps

（ 如MOCA ）， 但64和128Byte 短包长时，只有20-10Mbps 左右。其传输性能急 剧下降，相应的时延往往超过100ms ，个别甚至达到近2s 的程度。因而这些方 案在支持IPTV 、V oIP 等实时业务时， 其业务质量是难以得到保证， 显然无法 满足语音业务的要求。

因此， 在三网融合中不采用这些基于数字家庭网络技术的准“ EOC ” 无 疑是非常正确的。

但 ECAN 是一种成熟和先进的电信运营级的EOC 技术， 具备了EPON 完全 相同的业务支持能力， 如EPON 一样， 完全支持包括V oIP 语音等多种业务。

二 、 其次，ECAN 技术在支持语音业务时， 还通过以下几方面来保证业务 质量。

1、 D B A 动态带宽分配

首先，ECAN 方案针对上行带宽的使用， 可以有两种带宽分配机制： 静态 带宽分配(Individual模式) 和动态带宽分配(Share模式) 。静态带宽分配对带宽 采取固定配置的方式， 系统按照各CNU 预定的带宽进行初始配置， 运行期间 其值基本保持不变。当ECAN 承载突发性很强的数据业务时，静态带宽分配的 效率是比较低的。

动 态带宽分配（DBA ， Dynamic Bandwidth Assignment） 对带宽采取实时 调度方式， 系统按照CNU 实时上报的请求统筹安排， 动态调整授权给CNU 的 带宽， 从而充分利用系统资源， 同时改善时延等性能。

ECAN DBA除了考虑最大限度地利用系统资源，同时还要能够公平地管理

控制各用户（CNU ） 带宽。所谓公平就是出现各用户竞争系统带宽时DBA 能 够根据用户与运营商签定的合约情况(SLA)进行带宽分配，用户得到的带宽正 比于其付费的多少。因此，ECAN 的DBA 算法实现了带宽利用率和公平性的兼

顾， 使用户在任何情况下获得的带宽均不低于保证带宽。同时， 在DBA 控制 下， 局端设备(CLT)连接多个用户端设备(CNU)时， 系统依然能够保证延时和 抖动特性达到语音业务传输的要求。

2、端口限速

其次，对于下行业务数据，为防止可能出现的个别用户抢占到更多带宽资 源(如P2P 业务) ，从而影响其他用户的应用体验，特别是影响语音等实时业务 质量的情况，ECAN 系统对用户端口提供了限速的功能，运营商可以根据用户 的服务等级设定最大的下行速率。

3、队列优先级和队列调度

ECAN 局端设备(CLT)针对IP 承载的不同业务， 为了保证服务质量， 通过

Port 、MAC 地址、VLAN 标签、DSCP 字段等多种方式进行业务识别， 并划分 不同的优先级队列， 再根据优先级队列的调度算法， 合理分配带宽、保证时 延特性。这些调度算法包括严格优先级队列调度（ SP ）， 加权循环队列调度 （WRR ）和SP+WRR算法等。而用户端设备(CNU)所支持的优先级队列调度及 时隙分配可以充分保证多业务传送时， 语音等实时业务的传输质量。

综 上所述，ECAN 结合和采用了DBA 、端口限速、优先级、队列调度以及 拥塞控制等多种手段， 使V oIP 的业务质量可以得到很好的保证。而对于上游 网络是PSTN 系统的情况， ECAN 技术与EPON 一样， 可以基于“ TDM/PCM Over ECAN” 来提供PCM 语音业务。

6.2心得体会

通过这次实验我实际应用了DSP 和现场总线的知识，并且使用CCS 软件，了解TMS320F28335的原理以及使用。实验的调试过程中发现和总结了问题，在组长的带领和老师的帮助下完成了本次实验，并且查阅了相关Ecan 的应用，收获良多。


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