CAN總線(xiàn)基礎知識（一）

1．CAN總線(xiàn)是什么？

CAN（Controller Area Network）是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。廣泛應用于汽車(chē)、船舶等。具有已經(jīng)被大家認可的高性能和可靠性。

CAN控制器通過(guò)組成總線(xiàn)的2根線(xiàn)（CAN-H和CAN-L）的電位差來(lái)確定總線(xiàn)的電平，在任一時(shí)刻，總線(xiàn)上有2種電平：顯性電平和隱性電平。

“顯性”具有“優(yōu)先”的意味，只要有一個(gè)單元輸出顯性電平，總線(xiàn)上即為顯性電平，并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線(xiàn)上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強）。

總線(xiàn)上執行邏輯上的線(xiàn)“與”時(shí)，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。

下圖顯示了一個(gè)典型的CAN拓撲連接圖。

連接在總線(xiàn)上的所有單元都能夠發(fā)送信息，如果有超過(guò)一個(gè)單元在同一時(shí)刻發(fā)送信息，有最高優(yōu)先級的單元獲得發(fā)送的資格，所有其它單元執行接收操作。

2．CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

CAN總線(xiàn)協(xié)議具有下面的特點(diǎn)：

1) 多主控制

當總線(xiàn)空閑時(shí)，連接到總線(xiàn)上的所有單元都可以啟動(dòng)發(fā)送信息，這就是所謂的多主控制的概念。

先占有總線(xiàn)的設備獲得在總線(xiàn)上進(jìn)行發(fā)送信息的資格。這就是所謂的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法

如果多個(gè)設備同時(shí)開(kāi)始發(fā)送信息，那么發(fā)送最高優(yōu)先級ID消息的設備獲得發(fā)送資格。

2) 信息的發(fā)送

在CAN協(xié)議中，所有發(fā)送的信息要滿(mǎn)足預先定義的格式。當總線(xiàn)沒(méi)有被占用的時(shí)候，連接在總線(xiàn)上的任何設備都能起動(dòng)新信息的傳輸，如果兩個(gè)或更多個(gè)設備在同時(shí)刻啟動(dòng)信息的傳輸，通過(guò)ID來(lái)決定優(yōu)先級。ID并不是指明信息發(fā)送的目的地，而是指示信息的優(yōu)先級。如果2個(gè)或者更多的設備在同一時(shí)刻啟動(dòng)信息的傳輸，在總線(xiàn)上按照信息所包含的ID的每一位來(lái)競爭，贏(yíng)得競爭的設備（也就是具有最高優(yōu)先級的信息）能夠繼續發(fā)送，而失敗者則立刻停止發(fā)送并進(jìn)入接收操作。因為總線(xiàn)上同一時(shí)刻只可能有一個(gè)發(fā)送者，而其它均處于接收狀態(tài)，所以，并不需要在底層協(xié)議中定義地址的概念。

3) 系統的靈活性

連接到總線(xiàn)上的單元并沒(méi)有類(lèi)似地址這樣的標識，所以，添加或去除一個(gè)設備，無(wú)需改變軟件和硬件，或其它設備的應用層軟件。

4) 通信速度

可以設置任何通訊速度，以適應網(wǎng)絡(luò )規模。

對一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，所有單元必須有相同的通訊速度，如果不同，就會(huì )產(chǎn)生錯誤，并妨礙網(wǎng)絡(luò )通訊，然而，不同網(wǎng)絡(luò )間可以有不同的通訊速度。

5) 遠程數據請求

可以通過(guò)發(fā)送“遙控幀”，請求其他單元發(fā)送數據。

6) 錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復功能

所有單元均可以檢測出錯誤（錯誤檢測功能）。

檢測到錯誤的單元立刻同時(shí)通知其它所有的單元（錯誤通知功能）。如果一個(gè)單元發(fā)送信息時(shí)檢測到一個(gè)錯誤，它會(huì )強制終止信息傳輸，并通知其它所有設備發(fā)生了錯誤，然后它會(huì )重傳直到信息正常傳輸出去（錯誤恢復功能）。

7) 錯誤隔離

在CAN總線(xiàn)上有兩種類(lèi)型的錯誤：暫時(shí)性的錯誤（總線(xiàn)上的數據由于受到噪聲的影響而暫時(shí)出錯）；持續性的錯誤（由于設備內部出錯（如驅動(dòng)器壞了、連接有問(wèn)題等）而導致的）。CAN能夠區別這兩種類(lèi)型，一方面降低常出錯單元的通訊優(yōu)先級以阻止對其它正常設備的影響，另一方面，如果是一種持續性的錯誤，將這個(gè)設備從總線(xiàn)上隔離開(kāi)。

8) 連接

CAN總線(xiàn)允許多個(gè)設備同時(shí)連接到總線(xiàn)上且在邏輯上沒(méi)有數目上的限制。然而由于延遲和負載能力的限制，實(shí)際可連接得設備還是有限制的，可以通過(guò)降低通訊速度來(lái)增加連接的設備個(gè)數。相反，如果連接的設備少，通訊的速度可以增加。

3．錯誤

3.1 錯誤狀態(tài)

設備總是處于下面三個(gè)狀態(tài)之一：

1）主動(dòng)錯誤狀態(tài)

在此狀態(tài)下，設備能夠參加總線(xiàn)上的正常通訊。如果處于主動(dòng)錯誤狀態(tài)的設備檢測到一個(gè)錯誤，它會(huì )發(fā)送一個(gè)主動(dòng)錯誤標志，更細節見(jiàn)第6章的“CAN協(xié)議”。

2）被動(dòng)錯誤狀態(tài)

是指易于引起錯誤的狀態(tài)。

盡管處于被動(dòng)錯誤狀態(tài)的設備能夠參加總線(xiàn)上的通訊，但是在接收期間，它不可能主動(dòng)地向其它設備發(fā)送錯誤通知，以避免影響它們的通訊。處于被動(dòng)錯誤狀態(tài)的設備即使檢測到一個(gè)錯誤，如果其它處于主動(dòng)錯誤狀態(tài)的設備沒(méi)曾檢測到錯誤，那么也認為在總線(xiàn)上未曾出現過(guò)任何錯誤。

當處于被動(dòng)錯誤狀態(tài)的設備檢測到一個(gè)錯誤的時(shí)候，它發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯誤標志。

另外，處于被動(dòng)錯誤狀態(tài)的單元在發(fā)送結束后不能立刻再次開(kāi)始發(fā)送。在開(kāi)始下次發(fā)送前，在間隔幀期間內必須插入“暫停發(fā)送期”（由8個(gè)位的隱性位組成）。

更細節見(jiàn)第6章的“CAN協(xié)議”。

3）總線(xiàn)切斷狀態(tài)

處于此狀態(tài)下時(shí)，設備不能參加總線(xiàn)的通訊。設備所有的收發(fā)操作都被禁止。

這些狀態(tài)是通過(guò)發(fā)送錯誤計數器和接收錯誤寄存器來(lái)管理，相關(guān)錯誤狀態(tài)由這些計數器值的組合來(lái)標識，錯誤狀態(tài)和計數器值之間的關(guān)系見(jiàn)表1和圖4。