CAN基本知識

什么是CAN ?

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。

CAN 是怎樣發(fā)展起來(lái)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。

CAN 是怎樣工作的？

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 。

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