CAN總線協(xié)議

CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動(dòng)電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點(diǎn)間的傳輸過(guò)程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼/解碼、位定時(shí)和同步的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

BOSCH CAN基本上沒(méi)有對(duì)物理層進(jìn)行定義，但基于CAN的ISO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理層進(jìn)行了定義。設(shè)計(jì)一個(gè)CAN系統(tǒng)時(shí)，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協(xié)議中媒體訪問(wèn)層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，具有較高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文獲取總線競(jìng)爭(zhēng)的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒(méi)有發(fā)送顯性位時(shí)，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時(shí)，總線處于隱性狀態(tài);當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成如圖7-8所示。在CAN中，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層:分別是物理信號(hào)層(Physical Layer Signaling，PLS)、物理介質(zhì)附件(Physical MediaAttachment，PMA)層和介質(zhì)從屬接口(Media Dependent:Inter-face，MDI)層。其中PLS連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內(nèi)部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國(guó)際或國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可自行定義，比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標(biāo)準(zhǔn)。

CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)不分主從，任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)，CAN只需通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無(wú)需專門的"調(diào)度"。 CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kbps以下);通信速率最高可達(dá)1Mbps(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m)。 CAN上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要決定于總線驅(qū)動(dòng)電路，目前可達(dá)110個(gè);報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAN2.0A)，而擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。

CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制(Logical Link control，LLC)完成過(guò)濾、過(guò)載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問(wèn)控制(Medium Access control，MAC)子層完成數(shù)據(jù)打包/解包、幀編碼、媒體訪問(wèn)管理、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過(guò)程展開(kāi)的。

在CAN2.0B的版本協(xié)議中有兩種不同的幀格式，不同之處為標(biāo)識(shí)符域的長(zhǎng)度不同，含有11位標(biāo)識(shí)符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀，而含有29位標(biāo)識(shí)符的幀稱為擴(kuò)展幀。如CAN1.2版本協(xié)議所描述，兩個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式和遠(yuǎn)程幀格式分別是等效的，而擴(kuò)展格式是CAN2.0B協(xié)議新增加的特性。為使控制器設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，并不要求執(zhí)行完全的擴(kuò)展格式，對(duì)于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標(biāo)準(zhǔn)格式。但無(wú)論是哪種幀格式，在報(bào)文傳輸時(shí)都有以下四種不同類型的幀:

在報(bào)文傳輸時(shí)，不同的幀具有不同的傳輸結(jié)構(gòu)，下面將分別介紹四種傳輸幀的結(jié)構(gòu)，只有嚴(yán)格按照該結(jié)構(gòu)進(jìn)行幀的傳輸，才能被節(jié)點(diǎn)正確接收和發(fā)送。

(1)數(shù)據(jù)幀由七種不同的位域(Bit Field)組成:幀起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、數(shù)據(jù)域(DataField)、CRC域(CRC Field)、應(yīng)答域(ACK Field)和幀結(jié)尾(End of )。數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度可以為0~8個(gè)字節(jié)。

1)幀起始(SOF):幀起始(SOF)標(biāo)志著數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，僅由一個(gè)"顯性"位組成。在CAN的同步規(guī)則中，當(dāng)總線空閑時(shí)(處于隱性狀態(tài))，才允許站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送(信號(hào))。所有的站點(diǎn)必須同步于首先開(kāi)始發(fā)送報(bào)文的站點(diǎn)的幀起始前沿(該方式稱為"硬同步")。

2)仲裁域:仲裁域由標(biāo)識(shí)符和RTR位組成，標(biāo)準(zhǔn)幀格式與擴(kuò)展幀格式的仲裁域格式不同。標(biāo)準(zhǔn)格式里，仲裁域由1l位標(biāo)識(shí)符和RTR位組成。標(biāo)識(shí)符位有ID28~IDl8。擴(kuò)展幀格式里，仲裁域包括29位標(biāo)識(shí)符、SRR位、IDE(Identifier Extension，標(biāo)志符擴(kuò)展)位、RTR位。其標(biāo)識(shí)符有ID28~IDO。為了區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)幀格式和擴(kuò)展幀格式，CANl.0~1.2版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。IDE位為顯性，表示數(shù)據(jù)幀為標(biāo)準(zhǔn)格式;IDE位為隱性，表示數(shù)據(jù)幀為擴(kuò)展幀格式。在擴(kuò)展幀中，替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求(Substitute Remote Request，SRR)位為隱性。仲裁域傳輸順序?yàn)閺淖罡呶坏阶畹臀?，其中最?位不能全為零。RTR的全稱為"遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求(Remote TransmissionRequest)"。RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須為"顯性"，而在遠(yuǎn)程幀里必須為"隱性"。它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)志。

3)控制域:控制域由6位組成，包括2個(gè)保留位(r0、r1同于CAN總線協(xié)議擴(kuò)展)及4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼，允許的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度值為0~8字節(jié)。

4)數(shù)據(jù)域:發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照長(zhǎng)度代碼指示長(zhǎng)度發(fā)送。對(duì)于接收的數(shù)據(jù)，同樣如此。它可為0~8字節(jié)，每個(gè)字節(jié)包含8位，首先發(fā)送的是MSB(最高位)。

5)CRC校驗(yàn)碼域:它由CRC域(15位)及CRC邊界符(一個(gè)隱性位)組成。CRC計(jì)算中，被除的多項(xiàng)式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及15位為0的解除填充的位流給定。此多項(xiàng)式被下列多項(xiàng)式X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除(系數(shù)按模2計(jì)算)，相除的余數(shù)即為發(fā)至總線的CRC序列。發(fā)送時(shí)，CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送/接收。之所以選用這種幀校驗(yàn)方式，是由于這種CRC校驗(yàn)碼對(duì)于少于127位的幀是最佳的。

6)應(yīng)答域:應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個(gè)(應(yīng)答間隙及應(yīng)答界定)隱性位組成，所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫為顯性位。因此，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將一直監(jiān)視總線信號(hào)已確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)正確地接收到所發(fā)信息。應(yīng)答界定符是應(yīng)答域中第二個(gè)隱性位，由此可見(jiàn)，應(yīng)答間隙兩邊有兩個(gè)隱性位:CRC域和應(yīng)答界定位。

7)幀結(jié)束域:每一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀均由一串七個(gè)隱性位的幀結(jié)束域結(jié)尾。這樣，接收節(jié)點(diǎn)可以正確檢測(cè)到一個(gè)幀的傳輸結(jié)束。

(2)錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的域組成:第一個(gè)域是來(lái)自控制器的錯(cuò)誤標(biāo)志;第二個(gè)域?yàn)殄e(cuò)誤分界符。

1)錯(cuò)誤標(biāo)志:有兩種形式的錯(cuò)誤標(biāo)志。

①激活(Active)錯(cuò)誤標(biāo)志。它由6個(gè)連續(xù)顯性位組成。

②認(rèn)可(Passive)錯(cuò)誤標(biāo)志。它由6個(gè)連續(xù)隱性位組成。

它可由其他CAN總線協(xié)議控制器的顯性位改寫。

2)錯(cuò)誤界定:錯(cuò)誤界定符由8個(gè)隱性位組成。傳送了錯(cuò)誤標(biāo)志以后，每一站就發(fā)送一個(gè)隱性位，并一直監(jiān)視總線直到檢測(cè)出1個(gè)隱性位為止，然后就開(kāi)始發(fā)送其余7個(gè)隱性位。

(3)遠(yuǎn)程幀: 遠(yuǎn)程幀也有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，而且都由6個(gè)不同的位域組成:幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應(yīng)答域、幀結(jié)尾。與數(shù)據(jù)幀相比，遠(yuǎn)程幀的RTR位為隱性，沒(méi)有數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度編碼域可以是0~8個(gè)字節(jié)的任何值，這個(gè)值是遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度。當(dāng)具有相同仲裁域的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性，所以數(shù)據(jù)幀獲得優(yōu)先。發(fā)送遠(yuǎn)程幀的節(jié)點(diǎn)可以直接接收數(shù)據(jù)。

(4)過(guò)載幀 過(guò)載幀由兩個(gè)區(qū)域組成:過(guò)載標(biāo)識(shí)域及過(guò)載界定符域。下述三種狀態(tài)將導(dǎo)致過(guò)載幀發(fā)送:

1)接收方在接收一幀之前需要過(guò)多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)(接收尚未準(zhǔn)備好);

2)在幀空隙域檢測(cè)到顯性位信號(hào);

3)如果CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符的第8位采樣到一個(gè)顯性位節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)過(guò)載幀。

控制器局域網(wǎng)CAN( Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由德國(guó)博世公司在20世紀(jì)80年代專門為汽車行業(yè)開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)而越來(lái)越受到人們的重視，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能和應(yīng)用范圍，從位速率最高可達(dá)1Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)到低成本多線路的50Kbps網(wǎng)絡(luò)都可以任意搭配。因此，CAN己經(jīng)在汽車業(yè)、航空業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

隨著CAN總線在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其的通信格式標(biāo)準(zhǔn)化也提出了更嚴(yán)格的要求。1991年CAN總線技術(shù)規(guī)范(Version2.0)制定并發(fā)布。該技術(shù)規(guī)范共包括A和B兩個(gè)部分。其中2.0A給出了CAN報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。美國(guó)的汽車工程學(xué)會(huì)SAE在2000年提出了J1939協(xié)議，此后該協(xié)議成為了貨車和客車中控制器局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線技術(shù)也在不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的CAN是基于事件觸發(fā)的，信息傳輸時(shí)間的不確定性和優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)是它固有的缺陷。當(dāng)總線上傳輸消息密度較小時(shí)，這些缺陷對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性影響較小;但隨著在總線上傳輸消息密度的增加，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能會(huì)急劇下降。為了滿足汽車控制對(duì)實(shí)時(shí)性和傳輸消息密度不斷增長(zhǎng)的需要，改善CAN總線的實(shí)時(shí)性能非常必要。于是，傳統(tǒng)CAN與時(shí)間觸發(fā)機(jī)制相結(jié)合產(chǎn)生了TTCAN(Time-Triggered CAN)，ISO11898-4己包含了TTCAN。 TTCAN總線和傳統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)的區(qū)別是:總線上不同的消息定義了不同的時(shí)間槽(Timer Slot)。

依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/開(kāi)放系統(tǒng)互連(International Standardi-zation Organization/Open SystemInterconnection，ISO/OSI)參考模型，CAN的ISO/OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)。

CAN總線的工作原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開(kāi)頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài);當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

CAN總線特征

(1)報(bào)文(Message)總線上的數(shù)據(jù)以不同報(bào)文格式發(fā)送，但長(zhǎng)度受到限制。當(dāng)總線空閑時(shí)，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送報(bào)文。

(2)信息路由(Information Routing)在CAN中，節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報(bào)文，比如站地址，由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，不用對(duì)應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點(diǎn)。

(3)標(biāo)識(shí)符(Identifier) 要傳送的報(bào)文有特征標(biāo)識(shí)符(是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個(gè)域)，它給出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，而是這個(gè)報(bào)文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到。節(jié)點(diǎn)通過(guò)標(biāo)識(shí)符判定是否接收這幀信息。

(4)數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報(bào)文在CAN里同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收或同時(shí)不接收，這是配合錯(cuò)誤處理和再同步功能實(shí)現(xiàn)的。

(5)位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個(gè)給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。

(6)優(yōu)先權(quán) 由發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文中的標(biāo)識(shí)符決定報(bào)文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標(biāo)識(shí)符越小，優(yōu)先權(quán)越高。

(7)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求(Remote Data Request) 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)?；貞?yīng)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)幀與請(qǐng)求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程幀由相同的標(biāo)識(shí)符命名。

(8)仲裁(Arbitration) 只要總線空閑，任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送報(bào)文。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文，就會(huì)引起總線訪問(wèn)碰撞。通過(guò)使用標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁可以解決這個(gè)碰撞。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。在仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送的是"隱性"電平而監(jiān)視到的是"顯性"電平，那么這個(gè)單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。

(9)總線狀態(tài) 總線有"顯性"和"隱性"兩個(gè)狀態(tài)，"顯性"對(duì)應(yīng)邏輯"0"，"隱性"對(duì)應(yīng)邏輯"1"。"顯性"狀態(tài)和"隱性"狀態(tài)與為"顯性"狀態(tài)，所以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)分別發(fā)送"0"和"1"時(shí)，總線上呈現(xiàn)"0"。CAN總線采用二進(jìn)制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線上不是"0"，就是"1"。但是CAN協(xié)議并沒(méi)有具體定義這兩種狀態(tài)的具體實(shí)現(xiàn)方式。

(10)故障界定(Confinement) CAN節(jié)點(diǎn)能區(qū)分瞬時(shí)擾動(dòng)引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。

(11)應(yīng)答接收節(jié)點(diǎn)對(duì)正確接收的報(bào)文給出應(yīng)答，對(duì)不一致報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記。

(12)CAN通訊距離最大是10公里(設(shè)速率為5Kbps),或最大通信速率為1Mbps(設(shè)通信距離為40米)。

(13)CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。通信介質(zhì)可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。

(14)報(bào)文是短幀結(jié)構(gòu)，短的傳送時(shí)間使其受干擾概率低，CAN有很好的校驗(yàn)機(jī)制，這些都保證了CAN通信的可靠性。

CAN總線的特點(diǎn)

(1)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);

(2)采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

(3)具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);

(4)可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;

(5)可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;

(6)發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā);

(7)節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;

(8)報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

CAN總線是德國(guó)BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率最高可達(dá)1Mbps。

完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理

CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。

使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制

CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信

CAN總線采用了多主競(jìng)爭(zhēng)式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測(cè)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。

傳輸距離和速率

CAN總線特點(diǎn):(1) 數(shù)據(jù)通信沒(méi)有主從之分，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他(一個(gè)或多個(gè))節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)先后順序來(lái)決定通信次序，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信; (2) 多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的避讓優(yōu)先級(jí)高的，不會(huì)對(duì)通信線路造成擁塞; (3) 通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM(速率低于5Kbps)速率可達(dá)到1Mbps(通信距離小于40M);(4) CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長(zhǎng)距離小數(shù)據(jù)量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場(chǎng)中使用。

1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2 CAN總線簡(jiǎn)介

1.2.1 CAN總線是什么

1.2.2 CAN總線的特點(diǎn)

1.2.3 CAN總線傳輸介質(zhì)

1.2.4 CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與設(shè)備

1.3 報(bào)文傳輸

1.3.1 幀類型

1.3.2 幀格式

1.3.3 幀優(yōu)先級(jí)仲裁

1.4 報(bào)文濾波與校驗(yàn)

1.5 編碼--位填充

1.6 錯(cuò)誤處理與故障界定

1.6.1 錯(cuò)誤類型

1.6.2 節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤處理

1.6.3 故障界定方法

1.7 位定時(shí)要求

本章小結(jié)

2.1 為什么構(gòu)建CAN應(yīng)用層協(xié)議

……第3章 CAN控制器和驅(qū)動(dòng)器第4章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐第5章 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐第6章 CAN總線節(jié)點(diǎn)的自收發(fā)實(shí)例設(shè)計(jì)第7章 CAN總線兩節(jié)點(diǎn)通信實(shí)例設(shè)計(jì)第8章 CAN-RS232網(wǎng)橋設(shè)計(jì)第9章 基于iCAN協(xié)議的溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)第10章 感悟設(shè)計(jì)附錄 郵政系統(tǒng)與CAN總線通信系統(tǒng)對(duì)比后記