CAN簡介

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

最初，CAN被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。

比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。

CAN總線特性

1.CAN總線具有高抗干擾性、自診斷和數(shù)據(jù)偵錯功能，這些特性使得CAN總線在各種工業(yè)場合廣泛使用，包括樓宇自動化、醫(yī)療和制造業(yè)。

2.CAN總線由德國BOSCH公司開發(fā)，最高速率可達到1Mbps。CAN的容錯能力特別強，CAN控制器內(nèi)建了強大的檢錯和處理機制。

3.另外，不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)（比如USB或者以太網(wǎng)），CAN節(jié)點與節(jié)點之間不會傳輸大數(shù)據(jù)塊，一幀CAN消息最多傳輸8字節(jié)用戶數(shù)據(jù)，采用短數(shù)據(jù)包也可以使得系統(tǒng)獲得更好的穩(wěn)定性。

4.CAN總線具有總線仲裁機制，可以組建多主系統(tǒng)。

CAN通訊協(xié)議ISO-11898

ISO11898體系結(jié)構(gòu)定義七層，OSI模型中的最低兩層作為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

實際通訊是在連接設(shè)備的物理介質(zhì)中進行，物理介質(zhì)的特性由模型中的物理層定義。

注：

LLC用于接收濾波、超載通告、回復(fù)管理

MAC用于數(shù)據(jù)封裝/拆封、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測與標定、應(yīng)答、串轉(zhuǎn)發(fā)/并轉(zhuǎn)串

PLS用于位編碼/解碼、位定時、同步

PMA為收發(fā)器特性

應(yīng)用程序?qū)咏⒘松蠈討?yīng)用特定協(xié)議，如CANopenTM協(xié)議的通訊鏈路。

這個協(xié)議由全世界的用戶和廠商組織、CiA維護，詳情可訪問CiA網(wǎng)站：can-cia.de。

許多協(xié)議是專用的，比如工業(yè)自動化、柴油發(fā)動機或航空。

標準CAN和擴展CAN

標準CAN

標準CAN只有11位標識符，每幀的數(shù)據(jù)長度為51+（0~64）=（51~117）位。

標準CAN---11位標識符

·

SOF

- 幀起始。顯性（邏輯0）表示報文的開始，并用于同步總線上的節(jié)點。

·標識符- 標準CAN具有11位標識符，用來確定報文的優(yōu)先級。

此域的數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。

·

RTR

- 遠程發(fā)送請求位。

當需要從另一個節(jié)點請求信息時，此位為顯性（邏輯0）。

所有節(jié)點都能接收這個請求，但是幀標識符確定被指定的節(jié)點。

響應(yīng)數(shù)據(jù)幀同樣被所有節(jié)點接收，可以被有興趣的節(jié)點使用。

·

IDE

- 標識符擴展位，為顯性時表示這是一個標準CAN格式，為隱形表示這是擴展CAN格式。

·

r0

- 保留位（可能將來標準修訂會使用）。

·

DLC

- 4位數(shù)據(jù)長度代碼表示傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)目，一幀CAN最多傳輸8字節(jié)用戶數(shù)據(jù)。

·

數(shù)據(jù)0~8

– 最多可以傳輸8字節(jié)用戶數(shù)據(jù)。

·

CRC

- 16位（包括1位定界符）CRC校驗碼，用來校驗用戶數(shù)據(jù)區(qū)之前的（包含數(shù)據(jù)區(qū)）傳輸數(shù)據(jù)段。

· ACK - 2位，包含應(yīng)答位和應(yīng)答界定符。

發(fā)送節(jié)點的報文幀中，ACK兩位是隱性位，當接收器正確地接收到有效的報文，接收器會在應(yīng)答位期間向發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個顯性位，表示應(yīng)答。

如果接收器發(fā)現(xiàn)這幀數(shù)據(jù)有錯誤，則不向發(fā)送節(jié)點發(fā)送ACK應(yīng)答，發(fā)送節(jié)點會稍后重傳這幀數(shù)據(jù)。

· EOF – 7位幀結(jié)束標志位，全部為隱性位。

如果這7位出現(xiàn)顯性位，則會引起填充錯誤。

·

IFS

– 7位幀間隔標志位，CAN控制器將接收到的幀正確的放入消息緩沖區(qū)是需要一定時間的，幀間隔可以提供這個時間。

擴展CAN

擴展CAN具有29位標識符，每幀數(shù)據(jù)長度為71+（0~64）=（71~135）位。

注：不計位填充（位填充將在后面的文章描述）。

擴展CAN---29位標識符

擴展CAN消息相對于標準CAN消息增加的內(nèi)容如下：

· SRR – 代替遠程請求位，為隱性。所以當標準幀與擴展幀發(fā)送相互沖突并且擴展幀的基本標識符與標準幀的標識符相同時，標準幀優(yōu)先級高于擴展幀。

· IDE – 為隱性位表示標志位擴展幀，18位擴展標識符緊跟著IDE位。

·r1– 保留

CAN消息

仲裁

反轉(zhuǎn)的CAN總線邏輯

典型CAN的基本原理如上圖所示，從圖中可以看出，總線邏輯狀態(tài)與驅(qū)動器輸入和接收器輸出邏輯是相反的。

正常情況下，邏輯高電平為1，邏輯低電平為0，但是CAN總線卻是邏輯高電平為0，稱為顯性，邏輯低電平為1，稱為隱性。

所以很多收發(fā)器的驅(qū)動器輸入端都會內(nèi)置上拉電阻，在沒有任何輸入時，CAN總線就會表現(xiàn)為隱性（邏輯低電平）。

在總線空閑時，最先開始發(fā)送報文的節(jié)點獲得發(fā)送權(quán)。

如果多個節(jié)點同時訪問總線，CAN使用非破壞式、逐位仲裁的方式?jīng)Q定哪個節(jié)點使用總線：各發(fā)送節(jié)點從仲裁域（標識符和RTR域）的第1位開始進行仲裁，連續(xù)輸出顯性電平（0）最多的節(jié)點可以繼續(xù)發(fā)送。

因此標識符數(shù)值越低的CAN報文，優(yōu)先級越高。標識符數(shù)值為0的CAN報文，具有最高優(yōu)先級，因為它輸出的顯性電平最多。

消息類型

CAN有四種不同的報文類型：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤指示幀和超載幀。

1、數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議有兩種數(shù)據(jù)幀類型：標準CAN和擴展CAN（見上文）。

一個數(shù)據(jù)幀中包括7個主要的域：

幀起始域——標志數(shù)據(jù)幀的開始，由一個顯性位組成。

仲裁域——內(nèi)容由標示符和遠程傳輸請求位（RTR）組成，RTR用以表明此信息幀是數(shù)據(jù)幀還是不包含任何數(shù)據(jù)的遠地請求幀。

當標準CAN和擴展CAN的數(shù)據(jù)幀必須在同一條總線上傳輸時，首先判斷其優(yōu)先權(quán)，如果ID相同，則非擴展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)高于擴展數(shù)據(jù)幀。

控制域——r0、r1是保留位，作為擴展位，DLC表示一幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目。

數(shù)據(jù)域——包含0～8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

校驗域——檢驗位錯用的循環(huán)冗余校驗域，共15位。

應(yīng)答域——包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。正確接收到有效報文的接收站在應(yīng)答期間將總線值為顯性電平。

幀結(jié)束——由七位隱性電平組成。

2、遠程幀

遠程幀接受數(shù)據(jù)的節(jié)點可通過發(fā)遠程幀請求源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

它由6個域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗域、應(yīng)答域、幀結(jié)束。

3、錯誤指示幀

錯誤指示幀由錯誤標志和錯誤分界兩個域組成。

接收節(jié)點發(fā)現(xiàn)總線上的報文有誤時，將自動發(fā)出“活動錯誤標志”其他節(jié)點檢測到活動錯誤標志后發(fā)送“錯誤認可標志”。

4、超載幀

超載幀由超載標志和超載分隔符組成。

超載幀只能在一個幀結(jié)束后開始。當接收方接收下一幀之前，需要過多的時間處理當前的數(shù)據(jù)，或在幀間空隙域檢測到顯性電平時，則導(dǎo)致發(fā)送超載幀。

幀間空隙位于數(shù)據(jù)幀和遠地幀與前面的信息幀之間，由幀間空隙和總線空閑狀態(tài)組成。幀間空隙是必要的，在此期間， CAN不進行新的幀發(fā)送，為的是CAN控制器在下次信息傳遞前有時間進行內(nèi)部處理操作。當總線空閑時CAN控制器方可發(fā)送數(shù)據(jù)。