CAN總線(xiàn)技術(shù)學(xué)習（一）

CAN總線(xiàn)是控制器局域網(wǎng)絡(luò )(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是德國B(niǎo)OSCH公司開(kāi)發(fā)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，CAN總線(xiàn)已成為汽車(chē)計算機和嵌入式工控局域網(wǎng)標準總線(xiàn)。
為了全面了解CAN總線(xiàn)，需要先對其有個(gè)整體的概念，這中間還有一個(gè)小故事，一個(gè)應屆畢業(yè)生到公司去應聘，負責招聘的經(jīng)理問(wèn)他：“你會(huì )哪方面的技術(shù)？”，畢業(yè)生說(shuō)：“我會(huì )CAN總線(xiàn)”，經(jīng)理疑惑的問(wèn)：“你會(huì )看什么總線(xiàn)？”。那么什么是CAN總線(xiàn)呢？
1、 首先CAN總線(xiàn)是一種串行總線(xiàn)，不是并行的，是用來(lái)傳輸電子數據的，就像串口總線(xiàn)、USB總線(xiàn)、以太網(wǎng)一樣；
2、 CAN總線(xiàn)是半雙工傳輸模式，發(fā)的時(shí)候不能收，收的時(shí)候不能發(fā)；
3、 CAN總線(xiàn)使用雙線(xiàn)傳輸，一根定義為CAN_H,一根定義為CAN_L,使用差分信號傳輸（差分信號就是通過(guò)計算兩線(xiàn)壓差）；
4、 CAN總線(xiàn)的波特率最高可達1Mbps，傳輸距離最遠10公里，傳輸波特率和傳輸距離成反比，波特率越高有效傳輸距離越短；
5、 組網(wǎng)時(shí)總線(xiàn)兩端CAN_H和CAN_L之間要分別連接一個(gè)120歐的終端電阻（起吸收反射波、高頻抗干擾的作用）。
那么CAN總線(xiàn)有什么優(yōu)勢呢？
1、 CAN總線(xiàn)作為現場(chǎng)總線(xiàn)只有兩根傳輸線(xiàn)，比以太網(wǎng)組網(wǎng)簡(jiǎn)單，成本也低很多，在不需要大數據量傳輸的設備通訊上有相當的優(yōu)勢；
2、 CAN總線(xiàn)使用差分信號和屏蔽線(xiàn)傳輸，抗干擾能力強，數據傳輸穩定，因為在某點(diǎn)有干擾時(shí)兩根信號會(huì )被同步干擾，不會(huì )影響信號傳輸的信息；
3、 CAN總線(xiàn)波特率最高可達1Mbps，傳輸速率相對串口快很多，同時(shí)總線(xiàn)協(xié)議中加入CRC校驗，相對于串口的奇偶校驗，數據安全性強；
4、 CAN總線(xiàn)使用差分雙線(xiàn)傳輸，易于組網(wǎng)，布線(xiàn)簡(jiǎn)單；
5、 CAN總線(xiàn)通訊不分主從，網(wǎng)絡(luò )上每個(gè)設備都可以主動(dòng)發(fā)送數據；
6、 CAN總線(xiàn)協(xié)議應用非破壞性逐位仲裁機制，即通過(guò)發(fā)送幀的幀ID的大小作為優(yōu)先級判斷網(wǎng)絡(luò )上數據發(fā)送沖突，優(yōu)先級高的信息發(fā)送，優(yōu)先級低的數據停止發(fā)送，極大提供總線(xiàn)的利用率；
7、 CAN總線(xiàn)協(xié)議設置對發(fā)送的自動(dòng)重發(fā)機制，當發(fā)送監測到發(fā)送沖突時(shí)，停止發(fā)送，等總線(xiàn)空閑后自動(dòng)重發(fā)；
8、 通過(guò)設置總線(xiàn)控制器中驗收寄存器和屏蔽寄存器，可以使節點(diǎn)在硬件層允許接收某些幀或屏蔽接收某些無(wú)用幀，節約單片機ECU接收和判斷處理的時(shí)間。
綜上所述，CAN總線(xiàn)在設計成本、傳輸速率、傳輸穩定性、傳輸安全性、易于組網(wǎng)以及總線(xiàn)協(xié)議完善設計方面的優(yōu)勢，使其在現代汽車(chē)、工控局域網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域得到廣泛的應用。
CAN總線(xiàn)既然作為一種現場(chǎng)總線(xiàn)，用途就是在不同設備間傳輸數據，基本的邏輯框圖如圖1所示：

圖1CAN總線(xiàn)邏輯框圖
CAN總線(xiàn)通訊主要包括：主控制器（一般為單片機）、CAN總線(xiàn)控制器（圖例為SJA1000，方框中為一個(gè)芯片器件）和收發(fā)器，主控制器初始化設置CAN總線(xiàn)控制器工作，CAN總線(xiàn)控制器為主要CAN總線(xiàn)邏輯器件，負責將數據轉換為總線(xiàn)協(xié)議串行信號和將收發(fā)器接收到的信號轉換為有效數據，并屏蔽無(wú)效數據，監測故障錯誤并報告，收發(fā)器將CAN總線(xiàn)收發(fā)信號轉換成半雙工CAN總線(xiàn)差分信號。有的單片機將CAN控制器芯片功能集成在單片機中，如富士通MB90340系列、STM32f10x系列等。
CAN總線(xiàn)組網(wǎng)的邏輯框圖如圖2所示：
如圖所示，多個(gè)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)通過(guò)差分信號連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，網(wǎng)絡(luò )兩端（CAN_H和CAN_L之間）分別連接一個(gè)120歐姆的終端電阻（吸收反射波，抗干擾）。各節點(diǎn)不分主從，都可以主動(dòng)向總線(xiàn)上發(fā)送CAN信息，也可以設置CAN控制器的驗收屏蔽寄存器有選擇的接收總線(xiàn)上的信息。

圖2CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )框圖