CAN學(xué)習手記一

在這信息爆炸的年代，學(xué)習一樣新的知識，尤其是IT技術(shù)的學(xué)習，網(wǎng)絡(luò )是必不可少的。一陣狂搜過(guò)后，發(fā)現基于CAN總線(xiàn)的介紹確實(shí)不少，但是大多好像都雷同了，也許是不斷轉貼的結果吧。而且這些知識點(diǎn)也都太零散了，讓人看了，尤其是初學(xué)者有點(diǎn)找不著(zhù)北的感覺(jué)。所以，本著(zhù)謙虛好學(xué)腳踏實(shí)地的菜鳥(niǎo)精神，決定把網(wǎng)上搜的，書(shū)上看的，再添油加醋的做一番比較系統的整理。算是為學(xué)習CAN總線(xiàn)理清思路，快速上手打基礎吧。

一、什么是CAN總線(xiàn)？

CAN，全稱(chēng)為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。最初，CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。比如：發(fā)動(dòng)機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。

一個(gè)由CAN 總線(xiàn)構成的單一網(wǎng)絡(luò )中，理論上可以?huà)旖訜o(wú)數個(gè)節點(diǎn)。實(shí)際應用中，節點(diǎn)數目受網(wǎng)絡(luò )硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò )中允許掛接110個(gè)節點(diǎn)。CAN 可提供高達1Mbit/s的數據傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

二、CAN 總線(xiàn)是如何發(fā)展的？

　　CAN最初出現在80年代末的汽車(chē)工業(yè)中，由德國B(niǎo)osch公司最先提出。當時(shí)，由于消費者對于汽車(chē)功能的要求越來(lái)越多，而這些功能的實(shí)現大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來(lái)越復雜，同時(shí)意味著(zhù)需要更多的連接信號線(xiàn)。提出CAN總線(xiàn)的最初動(dòng)機就是為了解決現代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線(xiàn)。于是，他們設計了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)，所有的外圍器件可以被掛接在該總線(xiàn)上。1993年，CAN 已成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519（低速應用）。

　　CAN是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達50Kbit/s的數據傳輸速率。

由于CAN總線(xiàn)具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應用。

三、CAN 總線(xiàn)是如何工作的？

CAN通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開(kāi)放系統互連模型（OSI）一致。每一層與另一設備上相同的那一層通訊。實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層，而設備只通過(guò)模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN的規范定義了模型的最下面兩層：數據鏈路層和物理層。下表中展示了OSI開(kāi)放式互連模型的各層。應用層協(xié)議可以由CAN用戶(hù)定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用的標準是DeviceNet，這是為PLC和智能傳感器設計的。在汽車(chē)工業(yè)，許多制造商都應用他們自己的標準。

表1 OSI開(kāi)放系統互連模型

CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線(xiàn)、光纖等。最常用的就是雙絞線(xiàn)。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線(xiàn)被稱(chēng)為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱(chēng)為“顯形”，此時(shí)，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。

四、CAN 有哪些特性？

　　CAN具有十分優(yōu)越的特點(diǎn)，使人們樂(lè )于選擇。這些特性包括：

1、低成本；

2、極高的總線(xiàn)利用率；

3、很遠的數據傳輸距離(長(cháng)達10Km)；

4、高速的數據傳輸速率（高達1Mbit/s）；

5、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；

6、可靠的錯誤處理和檢錯機制；

7、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；

8、節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能；

9、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級信息。

五、Philips制造的CAN芯片有哪些？

表2 CAN芯片一覽表

六、CAN總線(xiàn)如何進(jìn)行位仲裁？

　　CSMA/CD是“載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測”（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的縮寫(xiě)。

　　利用CSMA訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，可對總線(xiàn)上信號進(jìn)行檢測，只有當總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)時(shí)，才允許發(fā)送。利用這種方法，可以允許多個(gè)節點(diǎn)掛接到同一網(wǎng)絡(luò )上。當檢測到一個(gè)沖突位時(shí)，所有節點(diǎn)重新回到‘監聽(tīng)’總線(xiàn)狀態(tài)，直到該沖突時(shí)間過(guò)后，才開(kāi)始發(fā)送。在總線(xiàn)超載的情況下，這種技術(shù)可能會(huì )造成發(fā)送信號經(jīng)過(guò)許多延遲。為了避免發(fā)送時(shí)延，可利用CSMA/CD方式訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)。當總線(xiàn)上有兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，必須通過(guò)“無(wú)損的逐位仲裁”方法來(lái)使有最高優(yōu)先權的的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線(xiàn)上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個(gè)11位或29位數字的ID。CAN總線(xiàn)狀態(tài)取決于二進(jìn)制數‘0’而不是‘1’，所以ID號越小，則該報文擁有越高的優(yōu)先權。因此一個(gè)為全‘0’標志符的報文具有總線(xiàn)上的最高級優(yōu)先權?？捎昧硗獾姆椒▉?lái)解釋?zhuān)涸谙_突的位置，第一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送0而另外的節點(diǎn)發(fā)送1，那么發(fā)送0的節點(diǎn)將取得總線(xiàn)的控制權，并且能夠成功的發(fā)送出它的信息。

七、CAN的高層協(xié)議

　　CAN的高層協(xié)議（也可理解為應用層協(xié)議）是一種在現有的底層協(xié)議（物理層和數據鏈路層）之上實(shí)現的協(xié)議。高層協(xié)議是在CAN規范的基礎上發(fā)展起來(lái)的應用層。許多系統（像汽車(chē)工業(yè)）中，可以特別制定一個(gè)合適的應用層，但對于許多的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方法是不經(jīng)濟的。一些組織已經(jīng)研究并開(kāi)放了應用層標準，以使系統的綜合應用變得十分容易。

　　一些可使用的CAN高層協(xié)議有：

　　1、制定組織主要高層協(xié)議

　　2、CiA CAL協(xié)議

　　3、CiA CANOpen協(xié)議

　　4、ODVA DeviceNet 協(xié)議

　　5、Honeywell SDS 協(xié)議

6、Kvaser CANKingdom協(xié)議

八、什么是標準格式CAN和擴展格式CAN？

標準CAN的標志符長(cháng)度是11位，而擴展格式CAN的標志符長(cháng)度可達29位。CAN 協(xié)議的2.0A版本規定CAN控制器必須有一個(gè)11位的標志符。同時(shí)，在2.0B版本中規定，CAN控制器的標志符長(cháng)度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器可以發(fā)送和接收11位標識符的標準格式報文或29位標識符的擴展格式報文。如果禁止CAN2.0B,則CAN 控制器只能發(fā)送和接收11位標識符的標準格式報文，而忽略擴展格式的報文結構，但不會(huì )出現錯誤。

　　目前，Philips公司主要推廣的CAN獨立控制器均支持CAN2.0B協(xié)議，即支持29位標識符的擴展格式報文結構。