1 簡介

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布式實時控制的串行通信網(wǎng)絡。

優(yōu)點：

傳輸速度最高到1Mbps，通信距離最遠到10km，無損位仲裁機制，多主結(jié)構(gòu)。近些年來，CAN控制器價格越來越低。

低成本：ECUs通過單個CAN接口進行通信，布線成本低。

高集成：CAN總線系統(tǒng)允許在所有ECUs上進行集中錯誤診斷和配置。

可靠性：該系統(tǒng)對子系統(tǒng)的故障和電磁干擾具有很強的魯棒性，是汽車控制系統(tǒng)的理想選擇。

高效率：可以通過id對消息進行優(yōu)先級排序，以便最高優(yōu)先級的id不被中斷。

靈活性：每個ECU包含一個用于CAN總線收發(fā)芯片，隨意添加CAN總線節(jié)點。

2 CAN總線網(wǎng)絡

CAN總線網(wǎng)絡主要掛在CAN_H和CAN_L，各個節(jié)點通過這兩條線實現(xiàn)信號的串行差分傳輸，為了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。為什么是120Ω，因為電纜的特性阻抗為120Ω，為了模擬無限遠的傳輸線。

3 CAN收發(fā)器

CAN收發(fā)器的作用是負責邏輯電平和信號電平之間的轉(zhuǎn)換。

即從CAN控制芯片輸出邏輯電平到CAN收發(fā)器，然后經(jīng)過CAN收發(fā)器內(nèi)部轉(zhuǎn)換將邏輯電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出到CAN總線上，CAN總線上的節(jié)點都可以決定自己是否需要總線上的數(shù)據(jù)。具體的引腳定義如下：

4 CAN信號表示

CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)，也就是說CAN總線上的信號有兩種不同的信號狀態(tài)，分別是顯性的(Dominant)邏輯0和隱形的(recessive)邏輯1，信號每一次傳輸完后不需要返回到邏輯0(顯性)的電平。

顯性與隱性電平的解釋：

CAN的數(shù)據(jù)總線有兩條，一條是黃色的CAN_High,一條是綠色的CAN_Low。當沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，兩條線的電平一樣都為2.5V，稱為靜電平，也就是隱性電平。當有信號發(fā)送時，CAN_High的電平升高1V，即3.5V，CAN_Low的電平降低1V，即1.5V。

按照定義的：

CAN_H-CAN_L < 0.5V 時候為隱性的，邏輯信號表現(xiàn)為"邏輯1"- 高電平。

CAN_H-CAN_L > 0.9V 時候為顯性的，邏輯信號表現(xiàn)為"邏輯0"- 低電平。

5 CAN信號傳輸

發(fā)送過程：CAN控制器將CPU傳來的信號轉(zhuǎn)換為邏輯電平(即邏輯0-顯性電平或者邏輯1-隱性電平)。CAN發(fā)射器接收邏輯電平之后，再將其轉(zhuǎn)換為差分電平輸出到CAN總線上。

接收過程：CAN接收器將CAN_H 和 CAN_L 線上傳來的差分電平轉(zhuǎn)換為邏輯電平輸出到CAN控制器，CAN控制器再把該邏輯電平轉(zhuǎn)化為相應的信號發(fā)送到CPU上。

6 CAN數(shù)據(jù)傳輸

CAN總線傳輸?shù)氖荂AN幀，CAN的通信幀分成五種，分別為數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。

數(shù)據(jù)幀根據(jù)仲裁段長度不同分為標準幀(2.0A)和擴展幀(2.0B)。

幀起始

由一個顯性位(低電平)組成，發(fā)送節(jié)點發(fā)送幀起始，其他節(jié)點同步于幀起始;

幀結(jié)束

由7個隱形位(高電平)組成。

仲裁段

只要總線空閑，總線上任何節(jié)點都可以發(fā)送報文，如果有兩個或兩個以上的節(jié)點開始傳送報文，那么就會存在總線訪問沖突的可能。但是CAN使用了標識符的逐位仲裁方法可以解決這個問題。

CAN總線控制器在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時監(jiān)控總線電平，如果電平不同，則停止發(fā)送并做其他處理。如果該位位于仲裁段，則退出總線競爭;如果位于其他段，則產(chǎn)生錯誤事件。

假設節(jié)點A、B和C都發(fā)送相同格式相同類型的幀，如標準格式數(shù)據(jù)幀，它們競爭總線的過程是：

幀ID越小，優(yōu)先級越高。由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性電平，遠程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀;由于標準幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱形電平，對于前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優(yōu)先級比擴展幀高。

數(shù)據(jù)段

一個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為0~8個字節(jié)，這種短幀結(jié)構(gòu)使得CAN-bus實時性很高，非常適合汽車和工控應用場合如圖27所示。

數(shù)據(jù)量小，發(fā)送和接收時間短，實時性高，被干擾的概率小，抗干擾能力強。

原文標題：CAN總線詳解

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審核編輯：湯梓紅