方便靈活的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )及應用
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CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是炙手可熱的技術(shù)
CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)世已超過(guò)15年，它是德國B(niǎo)osch公司及幾個(gè)半導體集成電路制造商開(kāi)發(fā)，芯片由摩托羅拉、Intel等公司生產(chǎn)。起初是專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)工業(yè)設計的，面向需要可預測而無(wú)錯誤通訊的汽車(chē)應用，目的是為了節省接線(xiàn)的工作量，后來(lái)由于自身的特點(diǎn)被廣泛地應用于各行各業(yè)。特別是近年來(lái)，由于價(jià)格不斷下降，CAN成了炙手可熱的技術(shù)，并不再局限于汽車(chē)應用領(lǐng)域。目前它正在工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、醫療設備、軌道交通信號、樓宇控制及其它眾多系統中得到應用。
圖1：CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )多主機系統－分布式網(wǎng)絡(luò )（圖右所示）
與以太網(wǎng)－集中式網(wǎng)絡(luò )（圖左所示）之比較
圖2：為基于 CAN 總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的光電經(jīng)緯儀通信結構框圖
牢靠而高速的通訊
上述眾多應用領(lǐng)城系統之所以采用CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，不僅因為其成本低廉，還由于通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò )可進(jìn)行牢靠而高速的通訊。CAN總線(xiàn)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖作為傳輸介質(zhì)；它的直接通信距離最遠可達10km，通信速率通信比特率可高達1Mbps(此時(shí)通信距離為40m)；總線(xiàn)上可掛設備數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路，最多可達110個(gè)。
CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)多主機系統
CAN采用多主工作方式，節點(diǎn)之間不分主從，但節點(diǎn)之間有優(yōu)先級之分，通信方式靈活，可實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及廣播方式傳輸數據，無(wú)需調度。也就是說(shuō)，它可向系統中的所有節點(diǎn)進(jìn)行報文發(fā)送廣播。在這種網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)節點(diǎn)均可濾除不需要的報文。
與以太網(wǎng)之區別
傳統的客戶(hù)機／服務(wù)器網(wǎng)絡(luò )(如以太網(wǎng))依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )尋址方式將數據發(fā)送到單一節點(diǎn)上，如果網(wǎng)絡(luò )中存在多個(gè)節點(diǎn)，則需用星形配置實(shí)現集中控制(見(jiàn)圖1左所示集中式網(wǎng)絡(luò ))。這種以太網(wǎng)絡(luò )中只需較少的單片機即可執行各種不同的任務(wù)，但所使用的是MCU(多芯片單元)，通常需要有較多引腳，而且功能也更加復雜，很不方便。
與之相反，CAN系統中的每個(gè)節點(diǎn)均同時(shí)接收到同樣的數據。缺省情況下，CAN是基于報文而非地址的。系統采用分布式控制實(shí)現方法集成了多節點(diǎn)(見(jiàn)圖1右所示分布式網(wǎng)絡(luò ))。這種拓撲結構的好處之一是，節點(diǎn)的增加和去除非常簡(jiǎn)單，對軟件的影響也很小。CAN網(wǎng)絡(luò )要求每個(gè)節點(diǎn)均具備智能，但智能化水平可根據節點(diǎn)所承載的任務(wù)進(jìn)行調整。因此CAN系統中使用的單片機通常較簡(jiǎn)單并且引腳數也較少。由于使用的導線(xiàn)較少并且采用分散式智能，而且CAN網(wǎng)絡(luò )還具有較高的可靠性。
圖1進(jìn)一步顯示了在多任務(wù)網(wǎng)絡(luò )中，集中式網(wǎng)絡(luò )通常用于以太網(wǎng)系統，如果在系統中增加節點(diǎn)，則要求對系統MCU(多芯片單元)作很大的變動(dòng)；而CAN網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現分布式網(wǎng)絡(luò )，從系統中增加或刪除節點(diǎn)只需改變少量的固件。
CAN采用的是非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，按優(yōu)先級發(fā)送，可以大大節省總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間
而以太網(wǎng)在于它在發(fā)送結束前進(jìn)行沖突檢測。而CAN在發(fā)送開(kāi)始時(shí)采用沖突檢測并有解決方法。當同時(shí)發(fā)送的兩個(gè)或更多CAN節點(diǎn)在仲裁期間出現沖突時(shí)，報文優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )檢測到?jīng)_突。隨后優(yōu)先級較低的節點(diǎn)切換到接收模式，等待下一次總線(xiàn)空閑才再次嘗試發(fā)送。
仲裁成功的發(fā)送器將繼續如常發(fā)送報文，由于在報文仲裁期間，模式的變更在發(fā)送的一開(kāi)始就發(fā)生了，而優(yōu)先級高的報文沒(méi)有遭到破壞，因此系統對沖突的仲裁結果能做出更快的回應。報文標志符可達2032種，而擴展標準的報文標志符幾乎不受限制。
目前CAN已由ISO TC22技術(shù)委員會(huì )批準為國際標準，在現場(chǎng)總線(xiàn)中，它是唯一被國際標準化組織批準的現場(chǎng)總線(xiàn)。CAN協(xié)議也遵循ISO／OSI模型，采用了其中的物理層、數據鏈路層與應用層。由Bosch公司負責編寫(xiě)的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)規范已通過(guò)ISO和SAE標準化。完整的CAN規范標準參見(jiàn)ISO 11898-1。ISO 11898-2包含了CAN物理層規范。
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