控制器局域網(wǎng)CAN控制器

文 | 傳感器技術(shù)（WW_CGQJS）

CAN，全稱(chēng)為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)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(jī)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。

一個(gè)由CAN 總線(xiàn)構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以?huà)旖訜o(wú)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。

CAN總線(xiàn)技術(shù)原理

CAN總線(xiàn)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(xiàn)上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線(xiàn)上總線(xiàn)協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線(xiàn)的許多細(xì)節(jié)很類(lèi)似，但也有一些明顯的區(qū)別。

當(dāng)CAN總線(xiàn)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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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支持四類(lèi)信息幀類(lèi)型

1、數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議有兩種數(shù)據(jù)幀類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)2.0A和標(biāo)準(zhǔn)2.0B。兩者本質(zhì)的不同在于ID的長(zhǎng)度不同。在2.0A類(lèi)型中，ID的長(zhǎng)度為l l位；在2.0B類(lèi)型中ID為29位。一個(gè)信息震中包括7個(gè)主要的域： 幀起始域——標(biāo)志數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始，由一個(gè)顯性位組成。

仲裁域——內(nèi)容由標(biāo)示符和遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)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(yuǎn)地請(qǐng)求幀。當(dāng)2.0A的數(shù)據(jù)幀和2.0B的數(shù)據(jù)幀必須在同一條總線(xiàn)上傳輸時(shí)，首先判斷其優(yōu)先權(quán)，如果ID相同，則非擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先權(quán)高于擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀。

控制域——r0、r1是保留位，作為擴(kuò)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(yàn)域——檢驗(yàn)位錯(cuò)用的循環(huán)冗余校驗(yàn)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(bào)文的接收站在應(yīng)答期間將總線(xiàn)值為顯性電平。 幀結(jié)束——由七位隱性電平組成。

2、遠(yuǎn)程幀

遠(yuǎn)程幀接受數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可通過(guò)發(fā)遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。它由6個(gè)域組成：幀起始、仲裁域、控制域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域、幀結(jié)束。

3、錯(cuò)誤指示幀

錯(cuò)誤指示幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤分界兩個(gè)域組成。接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線(xiàn)上的報(bào)文有誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出“活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志”其他節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后發(fā)送“錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志”。

4、超載幀

超載幀由超載標(biāo)志和超載分隔符組成。超載幀只能在一個(gè)幀結(jié)束后開(kāi)始。當(dāng)接收方接收下一幀之前，需要過(guò)多的時(shí)間處理當(dāng)前的數(shù)據(jù)，或在幀問(wèn)空隙域檢測(cè)到顯性電平時(shí)，則導(dǎo)致發(fā)送超載幀。

5、幀間空隙

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

CAN總線(xiàn)的發(fā)展歷程

在 1980 年的早些時(shí)候，Bosch 公司的工程師就開(kāi)始論證當(dāng)時(shí)的串行總線(xiàn)用于客車(chē)系統(tǒng)的可行性。因?yàn)闆](méi)有一種現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)方案能夠完全滿(mǎn)足汽車(chē)工程師們的要求，于是，在 1983 年初，Uwe Kiencke 開(kāi)始研究一種新的串行總線(xiàn)。

新總線(xiàn)的主要方向是增加新功能、減少電氣連接線(xiàn) ，使其能夠用于產(chǎn)品。來(lái)自 Mercedes-Benz 的工程師較早制定了總線(xiàn)的狀態(tài)說(shuō)明，而 Intel 也準(zhǔn)備作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的主要廠(chǎng)商。

1986 年 2 月，CAN 誕生了。在底特律的汽車(chē)工程協(xié)會(huì)大會(huì)上，由 Bosch 公司研究的新總線(xiàn)系統(tǒng)被稱(chēng)為“汽車(chē)串行控制器局域網(wǎng)” 。Uwe Kiencke、 Siegfried Dais 和 Martin Litschel 分別介紹了這種多主網(wǎng)絡(luò)方案。

此方案基于非破壞性的仲裁機(jī)制，能夠確保高優(yōu)先級(jí)報(bào)文的無(wú)延遲傳輸。并且，不需要在總線(xiàn)上設(shè)置主控制器。此外，CAN 之父——上述幾位教授和 Bosch 公司的 Wolfgang Borst、Wolfgang Botzenhard、Otto Karl、Helmut Schelling、Jan Unruh 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)種在 CAN 中的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。

該錯(cuò)誤檢測(cè)也包括自動(dòng)斷開(kāi)故障節(jié)點(diǎn)功能，以確保能繼續(xù)進(jìn)行剩余節(jié)點(diǎn)之間的通訊。傳輸?shù)膱?bào)文并非根據(jù)報(bào)文發(fā)送器/接收器的節(jié)點(diǎn)地址識(shí)別，而是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容識(shí)別。同時(shí)，用于識(shí)別報(bào)文的標(biāo)識(shí)符也規(guī)定了該報(bào)文在系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)。

當(dāng)關(guān)于這種革新的通訊方案的大部分文字內(nèi)容制定之后，于 1987 年中期，Intel 提前計(jì)劃 2 個(gè)月交付了首枚 CAN 控制器：82526，這是 CAN 方案首次通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)。僅僅用了四年的時(shí)間，設(shè)想就變成了現(xiàn)實(shí)。

不久之后，Philips 半導(dǎo)體推出了 82C200。這兩枚最先的 CAN 控制器在驗(yàn)收濾波和報(bào)文控制方面有許多不同。一方面，由Intel主推的FullCAN比由Philips主推的BasicCAN占用較少的CPU載荷；另一方面， FullCAN器件所能接收的報(bào)文數(shù)目相對(duì)受到限制，BasicCAN 控制器僅需較少的硅晶體。

今天的 CAN 控制器中，“孫子”輩們?cè)谕荒K中的驗(yàn)收濾波和報(bào)文控制方面仍有相當(dāng)?shù)牟煌?，制造?BasicCAN 和 FullCAN 兩大陣營(yíng)。

標(biāo)準(zhǔn)化與一致性。

盡管當(dāng)初研究 CAN 的起點(diǎn)是應(yīng)用于客車(chē)系統(tǒng)，但 CAN 的第一個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用卻來(lái)自于其他領(lǐng)域。特別是在北歐，CAN 早已得到非常普遍的應(yīng)用。在荷蘭，電梯廠(chǎng)商 Kone 使用 CAN 總線(xiàn)。

瑞士工程辦公室 Kvaser已建議將 CAN 應(yīng)用至一些紡織機(jī)械廠(chǎng)（Lindauer Dornier 和 Sulzer），并由他們提供機(jī)器的通訊協(xié)議。這一領(lǐng)域中，在 Lars-Berno Fredriksson 的領(lǐng)導(dǎo)下，公司建立了“CAN 紡織機(jī)械用戶(hù)集團(tuán)”。

到 1989 年，他們已研究出通訊原理，并于 1990 年早期幫助建立“CAN Kingdom”開(kāi)發(fā)環(huán)境。盡管 CAN Kingdom 并不是一種基于 OSI 參考模型的應(yīng)用層，但它被認(rèn)為是基于 CAN 的高層協(xié)議的原型。

在荷蘭，Philips 醫(yī)療系統(tǒng)決定使用 CAN 構(gòu)成 X 光機(jī)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，成為 CAN 的工業(yè)用戶(hù)。大多數(shù) CAN 的先行者使用單片電路的方法，通訊功能、網(wǎng)絡(luò)管理、應(yīng)用代碼組合在同一個(gè)軟件之中。即使一些用戶(hù)有較多的標(biāo)準(zhǔn)模塊可供利用，但面對(duì)所有的解決方案，他們也一定存在著缺陷。

在 1990 年的早些時(shí)候，開(kāi)始籌劃成立一個(gè)用戶(hù)組織，從而將不同的解決方案標(biāo)準(zhǔn)化。

J1939，這也是一個(gè)基于 CAN 的應(yīng)用子協(xié)議，由 SAE 的 Truck and Bus 協(xié)會(huì)制定。J1939是一個(gè)非模塊化的方案，簡(jiǎn)單易學(xué)，但靈活性很差。當(dāng)然，生產(chǎn) CAN 模塊集成器件的 15 家半導(dǎo)體廠(chǎng)商主要聚焦于汽車(chē)工業(yè)。

從 1990 年中期起，Infineon公司和 Motorola 公司已向歐洲的客車(chē)廠(chǎng)商提供了大量的 CAN 控制器。從 1990 年后期起，遠(yuǎn)東的半導(dǎo)體廠(chǎng)商也開(kāi)始提供 CAN 控制器。1994 年，NEC 推出了CAN 芯片 72005。

從 1992 年起，Mercedes-Benz開(kāi)始在他們的高級(jí)客車(chē)中使用 CAN 技術(shù)。第一步使用電子控制器通過(guò) CAN 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行管理；第二步使用控制器接收人們的操作信號(hào)。這就使用了 2 個(gè)物理上獨(dú)立的CAN 總線(xiàn)系統(tǒng)，它們通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接。其他的客車(chē)廠(chǎng)商也紛紛趕來(lái)斯圖加特學(xué)習(xí)，在他們的客車(chē)上也使用 2套 CAN 總線(xiàn)系統(tǒng)。

盡管 CAN 協(xié)議已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，但它仍處在改進(jìn)之中。一個(gè)由數(shù)家公司組成的 ISO任務(wù)組織定義了一種時(shí)間觸發(fā) CAN 報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議?，F(xiàn)在，CAN 在全球市場(chǎng)上仍然處于起始點(diǎn)，汽車(chē)廠(chǎng)商將會(huì)在他們所生產(chǎn)汽車(chē)的串行部件上使用 CAN。

另外，大量潛在的新應(yīng)用（例如：娛樂(lè)）正在呈現(xiàn)——不僅可用于汽車(chē)，也可用于家庭消費(fèi)。同時(shí)，結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對(duì) CAN 的需求也正在穩(wěn)健增長(zhǎng)。德國(guó)專(zhuān)業(yè)委員會(huì) BIA 和德國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威 TüV 已經(jīng)對(duì)一些基于 CAN 的保安系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)證。

CAN總線(xiàn)的分層結(jié)構(gòu)

CAN遵從OSI模型，按照OSI基準(zhǔn)模型，CAN結(jié)構(gòu)劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如下圖所示。

按照IEEE 802.2和802.3 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層又劃分為：

1、邏輯鏈路控制（LLC-Logic Link Control）。

2、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC-Medium Access Control）。

物理層又劃分為：

1、物理信令（PLS-Physical Signalling）。

2、物理媒體附屬裝置（PMA-Physical Medium Attachment）。

3、媒體相關(guān)接口（MDI-Medium Dependent Interface）。

MAC子層運(yùn)行借助稱(chēng)之為“故障界定實(shí)體（FCE）”的管理實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控。故障界定是使判別短暫干擾和永久性故障成為可能的一種自檢機(jī)制。物理層可借助檢測(cè)和管理物理媒體故障實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控（例如總線(xiàn)短路或中斷，總線(xiàn)故障管理）。

LLC和MAC兩個(gè)同等的協(xié)議實(shí)體通過(guò)交換幀或協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU-Protocol Data Unit）和（N）-用戶(hù)數(shù)據(jù)組成，為傳送一個(gè)NPDU,（N-1）層實(shí)體必須通過(guò)（N-1）服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)（SAP-Service Access Point）[（N-1）-SAP].NPDU借助于（N-1）層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU-Service Data U nit）[（N-1）-SDU]傳至（N-1）層，其服務(wù)功能允許NPDU的傳送。

SDU是接口數(shù)據(jù)，對(duì)其識(shí)別預(yù)先在（N）層實(shí)體間進(jìn)行，亦即，它表示邏輯數(shù)據(jù)單元由服務(wù)進(jìn)行傳送。CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈層既不提供分配一個(gè)SDU至多個(gè)PDU,也不提供分配多個(gè)SDU至一個(gè)PDU的方法，亦即，NPDU直接由相應(yīng)的NSDU和層指定控制信息N-PCI構(gòu)成。

CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

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

1、多主控制

當(dāng)總線(xiàn)空閑時(shí)，連接到總線(xiàn)上的所有單元都可以啟動(dòng)發(fā)送信息，這就是所謂的多主控制的概念。

先占有總線(xiàn)的設(shè)備獲得在總線(xiàn)上進(jìn)行發(fā)送信息的資格。這就是所謂的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法

如果多個(gè)設(shè)備同時(shí)開(kāi)始發(fā)送信息，那么發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)ID消息的設(shè)備獲得發(fā)送資格。

2、信息的發(fā)送

在CAN協(xié)議中，所有發(fā)送的信息要滿(mǎn)足預(yù)先定義的格式。當(dāng)總線(xiàn)沒(méi)有被占用的時(shí)候，連接在總線(xiàn)上的任何設(shè)備都能起動(dòng)新信息的傳輸，如果兩個(gè)或更多個(gè)設(shè)備在同時(shí)刻啟動(dòng)信息的傳輸，通過(guò)ID來(lái)決定優(yōu)先級(jí)。ID并不是指明信息發(fā)送的目的地，而是指示信息的優(yōu)先級(jí)。

如果2個(gè)或者更多的設(shè)備在同一時(shí)刻啟動(dòng)信息的傳輸，在總線(xiàn)上按照信息所包含的ID的每一位來(lái)競(jìng)爭(zhēng)，贏得競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)備（也就是具有最高優(yōu)先級(jí)的信息）能夠繼續(xù)發(fā)送，而失敗者則立刻停止發(fā)送并進(jìn)入接收操作。因?yàn)榭偩€(xiàn)上同一時(shí)刻只可能有一個(gè)發(fā)送者，而其它均處于接收狀態(tài)，所以，并不需要在底層協(xié)議中定義地址的概念。

3、系統(tǒng)的靈活性

連接到總線(xiàn)上的單元并沒(méi)有類(lèi)似地址這樣的標(biāo)識(shí)，所以，添加或去除一個(gè)設(shè)備，無(wú)需改變軟件和硬件，或其它設(shè)備的應(yīng)用層軟件。

4、通信速度

可以設(shè)置任何通訊速度，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所有單元必須有相同的通訊速度，如果不同，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，并妨礙網(wǎng)絡(luò)通訊，然而，不同網(wǎng)絡(luò)間可以有不同的通訊速度。

5、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求

可以通過(guò)發(fā)送“遙控幀”，請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

6、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤通知、錯(cuò)誤恢復(fù)功能

所有單元均可以檢測(cè)出錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能）。檢測(cè)到錯(cuò)誤的單元立刻同時(shí)通知其它所有的單元（錯(cuò)誤通知功能）。如果一個(gè)單元發(fā)送信息時(shí)檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤，它會(huì)強(qiáng)制終止信息傳輸，并通知其它所有設(shè)備發(fā)生了錯(cuò)誤，然后它會(huì)重傳直到信息正常傳輸出去（錯(cuò)誤恢復(fù)功能）。

7、錯(cuò)誤隔離

在CAN總線(xiàn)上有兩種類(lèi)型的錯(cuò)誤：暫時(shí)性的錯(cuò)誤（總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)由于受到噪聲的影響而暫時(shí)出錯(cuò)）；持續(xù)性的錯(cuò)誤（由于設(shè)備內(nèi)部出錯(cuò)（如驅(qū)動(dòng)器壞了、連接有問(wèn)題等）而導(dǎo)致的）。CAN能夠區(qū)別這兩種類(lèi)型，一方面降低常出錯(cuò)單元的通訊優(yōu)先級(jí)以阻止對(duì)其它正常設(shè)備的影響，另一方面，如果是一種持續(xù)性的錯(cuò)誤，將這個(gè)設(shè)備從總線(xiàn)上隔離開(kāi)。

8、連接

CAN總線(xiàn)允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)連接到總線(xiàn)上且在邏輯上沒(méi)有數(shù)目上的限制。然而由于延遲和負(fù)載能力的限制，實(shí)際可連接得設(shè)備還是有限制的，可以通過(guò)降低通訊速度來(lái)增加連接的設(shè)備個(gè)數(shù)。相反，如果連接的設(shè)備少，通訊的速度可以增加。

CAN與其它通信方案的比較

CAN總線(xiàn)與其它通信網(wǎng)的不同之處在于：

一是報(bào)文傳送中不包含目標(biāo)地址，它是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)。各接收站根據(jù)報(bào)文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾報(bào)文，該收的收下，不該收的丟棄。其好處是可在線(xiàn)上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；

二是特別強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)安全性的關(guān)注，滿(mǎn)足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)要求的系統(tǒng)需求。

在實(shí)踐中，有兩種重要的總線(xiàn)分配方法：按時(shí)間表分配和按需要分配。在第一種方法中，不管每個(gè)節(jié)點(diǎn)是否申請(qǐng)總線(xiàn)，都對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)按最大期間分配。由此，總線(xiàn)可被分配給每個(gè)站并且是唯一的站，而不論其是立即進(jìn)行總線(xiàn)存取或在一特定時(shí)間進(jìn)行總線(xiàn)存取。

這將保證在總線(xiàn)存取時(shí)有明確的總線(xiàn)分配。在第二種方法中，總線(xiàn)按傳送數(shù)據(jù)的基本要求分配給一個(gè)站，總線(xiàn)系統(tǒng)按站希望的傳送分配。因此，當(dāng)多個(gè)站同時(shí)請(qǐng)求總線(xiàn)存取時(shí)，總線(xiàn)將終止所有站的請(qǐng)求，這時(shí)將不會(huì)有任何一個(gè)站獲得總線(xiàn)分配。為了分配總線(xiàn)，多于一個(gè)總線(xiàn)存取是必要的。

CAN實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)分配的方法，可保證當(dāng)不同的站申請(qǐng)總線(xiàn)存取時(shí)，明確地進(jìn)行總線(xiàn)分配。這種位仲裁的方法可以解決當(dāng)兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的碰撞問(wèn)題。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的消息仲裁，CAN的非破壞性解決總線(xiàn)存取沖突的方法，確保在不傳送有用消息時(shí)總線(xiàn)不被占用。

甚至當(dāng)總線(xiàn)在重負(fù)載情況下，以消息內(nèi)容為優(yōu)先的總線(xiàn)存取也被證明是一種有效的系統(tǒng)。雖然總線(xiàn)的傳輸能力不足，所有未解決的傳輸請(qǐng)求都按重要性順序來(lái)處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò)中，如Ethernet,系統(tǒng)往往由于過(guò)載而崩潰，而這種情況在CAN中不會(huì)發(fā)生。

CAN總線(xiàn)的應(yīng)用

CAN總線(xiàn)在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性?xún)r(jià)比據(jù)定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應(yīng)用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現(xiàn)場(chǎng)起一個(gè)總線(xiàn)拓?fù)涞挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng)的作用。

不管在什么場(chǎng)合，它負(fù)擔(dān)的是任一節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高速、抗干擾、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢(shì)。CAN總線(xiàn)最初是為汽車(chē)的電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車(chē)中CAN的應(yīng)用已非常普遍，不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)已推廣到火車(chē)、輪船等交通工具中。

汽車(chē)制造中的應(yīng)用

應(yīng)用CAN總線(xiàn)，可以減少車(chē)身布線(xiàn)，進(jìn)一步節(jié)省了成本，由于采用總線(xiàn)技術(shù)，模塊之間的信號(hào)傳遞僅需要兩條信號(hào)線(xiàn)。布線(xiàn)局部化，車(chē)上除掉總線(xiàn)外其他所有橫貫車(chē)身的線(xiàn)都不再需要了，節(jié)省了布線(xiàn)成本。

CAN總線(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN總線(xiàn)具有線(xiàn)間干擾小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。CAN總線(xiàn)專(zhuān)為汽車(chē)量身定做，充分考慮到了汽車(chē)上惡劣工作環(huán)境，比如點(diǎn)火線(xiàn)圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)100℃左右的高溫。

隨著安全性能日益受到重視,安全氣囊也將逐漸增多,以前是在駕駛員前面安裝一個(gè),今后側(cè)面與后座都會(huì)安裝安全氣囊,這些氣囊通過(guò)傳感器感受碰撞信號(hào),通過(guò)CAN總線(xiàn)將傳感器信號(hào)傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi),控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。

同時(shí),先進(jìn)的防盜設(shè)計(jì)也正基于CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先,確認(rèn)鑰匙合法性的校驗(yàn)信息通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞,改進(jìn)了加密算法,其校驗(yàn)的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富;其次,車(chē)鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相互儲(chǔ)存對(duì)方信息,而且在校驗(yàn)碼中攙雜隨機(jī)碼,無(wú)法進(jìn)行破譯,從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)一不借助CAN總線(xiàn)來(lái)完成,CAN總線(xiàn)成為汽車(chē)智能化控制的“定海神針”。

在現(xiàn)代轎車(chē)的設(shè)計(jì)中,CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車(chē)都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報(bào)道,中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車(chē)已在奇瑞公司試裝成功,并進(jìn)行了初步試運(yùn)行。

在上海大眾的帕薩特和POLO汽車(chē)上也開(kāi)始引入了CAN總線(xiàn)技術(shù)。但總的來(lái)說(shuō),目前CAN總線(xiàn)技術(shù)在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段,絕大部分的汽車(chē)還沒(méi)有采用汽車(chē)總線(xiàn)設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)在技術(shù)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)的“深造”勢(shì)在必行。

大型儀器設(shè)備中的應(yīng)用

大型儀器設(shè)備是一種參照一定步驟對(duì)多種信息采集、處理、控制、輸出等操作的復(fù)雜系統(tǒng)。過(guò)去這類(lèi)儀器設(shè)備的電子系統(tǒng)往往是在結(jié)構(gòu)和成本方面占據(jù)相當(dāng)大的部分，而且可靠性不高。采用CAN總線(xiàn)技術(shù)后，在這方面有了明顯改觀(guān)。

以醫(yī)療設(shè)備為例，病理分布式監(jiān)控系統(tǒng)分別由中央控制式的中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場(chǎng)采集單元。 現(xiàn)場(chǎng)采集單元對(duì)醫(yī)院各室診斷測(cè)量?jī)x器進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖像的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存貯； 中央監(jiān)控單元可以定期或不定期地從現(xiàn)場(chǎng)采集單元獲取數(shù)據(jù)并完成圖像監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、打印及數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

中央監(jiān)控單元和現(xiàn)場(chǎng)采集單元之間通過(guò)CAN總線(xiàn)連接在一起，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，中央監(jiān)控單元處于主控位置，而現(xiàn)場(chǎng)采集單元可以隨時(shí)響應(yīng)中央監(jiān)控單元的命令。其現(xiàn)場(chǎng)采集單元由單片機(jī)8C552及采集、存儲(chǔ)、顯示、遙控和通信模塊組成,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集單元可與10個(gè)測(cè)量?jī)x器相接。

Can總線(xiàn)是針對(duì)測(cè)控領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，所以一次傳輸?shù)膱?bào)文量很小，一次報(bào)文量最大能夠承載的數(shù)據(jù)上限為8字節(jié)，這種小數(shù)據(jù)量的傳輸一方面能夠使得低優(yōu)先級(jí)事務(wù)的傳輸，另一方面也非常符合測(cè)控需求。針對(duì)can總線(xiàn)技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于大型儀器系統(tǒng)模塊化之間的互相通信，采用模塊化組網(wǎng)的方式構(gòu)建大型儀器系統(tǒng)。

工業(yè)控制中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革,而工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化,更拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間,帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，CAN總線(xiàn)可作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的通信總線(xiàn)，而且與其他的總線(xiàn)相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比。這將是CAN技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的一個(gè)主要的方向。

例如，瑞士一家公司開(kāi)發(fā)的軸控制系統(tǒng)ACS-E就帶有CAN接口。該系統(tǒng)可作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)從站，用于控制機(jī)床、機(jī)器人等。一方面通過(guò)CAN總線(xiàn)上上位機(jī)通信，另一方面可通過(guò)CAN總線(xiàn)對(duì)數(shù)字式伺服電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)CAN總線(xiàn)最多可連接6臺(tái)數(shù)字式伺服電機(jī)。

目前CAN總線(xiàn)技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用越來(lái)越普遍。國(guó)際上一些著名的工程機(jī)械大公司如CAT、VOLVO、利勃、海爾等都在自己的產(chǎn)品上廣泛采用CAN總線(xiàn)技術(shù)，大大提高了整機(jī)的可靠性、可檢測(cè)和可維修性，同時(shí)提高了智能化水平。而在國(guó)內(nèi)，CAN總線(xiàn)控制系統(tǒng)也開(kāi)始在工程汽車(chē)的控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，在工程機(jī)械行業(yè)中也正在逐步推廣應(yīng)用。

智能家庭和生活小區(qū)管理中的應(yīng)用

小區(qū)智能化是一個(gè)綜合性系統(tǒng)工程，要從其功能、性能、成本、擴(kuò)充能力及現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用等多方面來(lái)考慮?；谶@樣的需求，采用CAN技術(shù)所設(shè)計(jì)的家庭智能管理系統(tǒng)比較適合用于多表遠(yuǎn)傳、防盜、防火、防可燃?xì)怏w泄漏、緊急救援、家電控制等方面。

CAN總線(xiàn)是小區(qū)管理系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)將家庭中的一些數(shù)據(jù)和信號(hào)收集起來(lái)，并送到小區(qū)管理中心處理，CAN總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)是每戶(hù)的家庭控制器、小區(qū)的三表抄收系統(tǒng)和報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每戶(hù)的家庭控制系統(tǒng)可通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，定期向自動(dòng)抄表系統(tǒng)發(fā)送三表數(shù)據(jù)，并接收小區(qū)管理系統(tǒng)的通告信息，如欠費(fèi)通知、火警警報(bào)等。

該系統(tǒng)充分利用CAN技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，構(gòu)成住宅小區(qū)智能化檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)集多表集抄、防盜報(bào)警、水電控制、緊急求助、煤氣泄漏報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警和供電監(jiān)控子系統(tǒng)等功能，并提供遠(yuǎn)程通訊服務(wù)。

機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用

制造車(chē)間底層設(shè)備自動(dòng)化，近幾年仍是我國(guó)開(kāi)展新技術(shù)研究和新技術(shù)應(yīng)用工程及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要領(lǐng)域，其市場(chǎng)需求不斷增大且越發(fā)活躍，競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。伴隨著工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化，目前機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用大多要求采用機(jī)器人生產(chǎn)方式，這就要求多臺(tái)機(jī)器人能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。

隨之而來(lái)的是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，這種連網(wǎng)的多機(jī)器人系統(tǒng)的調(diào)度、維護(hù)工作也變得尤為重要。制造車(chē)間底層電氣裝置聯(lián)網(wǎng)是近幾年內(nèi)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。

其電器裝置包括有：運(yùn)動(dòng)控制器、基于微處理器的傳感器、專(zhuān)用設(shè)備控制器等底層設(shè)備；在這些裝置所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上另有車(chē)間級(jí)管理機(jī)、監(jiān)控機(jī)或生產(chǎn)單元控制器等非底層裝置。結(jié)合實(shí)際情況和要求，將機(jī)器人控制器視為運(yùn)動(dòng)控制器。

把CAN總線(xiàn)技術(shù)充分應(yīng)用于現(xiàn)有的控制器當(dāng)中，將可開(kāi)發(fā)出高性能的多機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)。利用現(xiàn)有的控制技術(shù)，結(jié)合CAN技術(shù)和通信技術(shù)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人控制器進(jìn)行硬件改進(jìn)和軟件開(kāi)發(fā)，并相應(yīng)地開(kāi)發(fā)出上位機(jī)監(jiān)控軟件，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

最終實(shí)現(xiàn)基于CAN網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)集成系統(tǒng)。這樣做的好處很多，例如實(shí)現(xiàn)單根電纜串接全部設(shè)備，節(jié)省安裝維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)；提高實(shí)時(shí)性，信息可共享；提高多控制器系統(tǒng)的檢測(cè)、診斷和控制性能；通過(guò)離線(xiàn)的任務(wù)調(diào)度、作業(yè)的下載以及錯(cuò)誤監(jiān)控等技術(shù)，把一部分人從機(jī)器人工作的現(xiàn)場(chǎng)徹底脫離出來(lái)。

CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì),CAN總線(xiàn)越來(lái)越受到人們的重視，它在汽車(chē)領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。世界上一些著名的汽車(chē)制造廠(chǎng)商大都采用了CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。

同時(shí),由于CAN總線(xiàn)本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車(chē)行業(yè),而向自動(dòng)控制、航空航天、航海、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。

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CAN總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)的定義

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱(chēng)的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)了的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。 在北美和西歐，CAN總線(xiàn)協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專(zhuān)為大型貨車(chē)和重工機(jī)械車(chē)輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來(lái)，其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

rs-485采用半雙工工作方式，支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。rs-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線(xiàn)將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。 rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mv的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 有些rs-485收發(fā)器修改輸入阻抗以便允許將多達(dá)8倍以上的節(jié)點(diǎn)數(shù)連接到相同總線(xiàn)。rs-485最常見(jiàn)的應(yīng)用是在工業(yè)環(huán)境下可編程邏輯控制器內(nèi)部之間的通信。

CAN總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)應(yīng)用概述

以往，PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪(fǎng)問(wèn)，就必須自己編寫(xiě)通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合ISO/OSI的規(guī)范，只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類(lèi)型，程序不具備通用性。

在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過(guò)2臺(tái)，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想互通信息只有通過(guò)“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從（Slave）設(shè)備。而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線(xiàn)控制、沖突檢測(cè)、鏈路維護(hù)等問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備自動(dòng)成網(wǎng)，無(wú)主/從設(shè)備之分或允許多主存在。在同一個(gè)層次上不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品可以互換，設(shè)備之間具有互操作性。

現(xiàn)在的總線(xiàn)格式很多，CAN相對(duì)于其他的總線(xiàn)有什么特點(diǎn)？首先，就比較一下大家耳熟能詳?shù)?85總線(xiàn)， 485總線(xiàn)只是一種電平標(biāo)準(zhǔn)，并不是什么新的協(xié)議，與232差不多，當(dāng)然這么說(shuō)不是很恰當(dāng)，但是有助于大家理解。

CAN總線(xiàn)PK RS485總線(xiàn)

CAN（Controller Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前RS-485基于R線(xiàn)構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：

1）CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符）采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁方式競(jìng)爭(zhēng)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線(xiàn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢(xún)的方式進(jìn)行，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。

2）CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN控制器接口芯片82C250的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線(xiàn)相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會(huì)出現(xiàn)像在RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線(xiàn)呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，使得總線(xiàn)處于“死鎖”狀態(tài)。

3）CAN具有完善的通信協(xié)議，可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無(wú)法比擬的。

RS-485與CAN-bus的特性對(duì)比

控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)(CAN，Controller Area Network)是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線(xiàn)，它可以使用雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN協(xié)議用于汽車(chē)中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線(xiàn)束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。

CAN系統(tǒng)組成

CAN總線(xiàn)用戶(hù)接口簡(jiǎn)單，編程方便。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線(xiàn)式結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并且采用無(wú)源抽頭連接，系統(tǒng)可靠性高。通過(guò)CAN總線(xiàn)連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，形成多主機(jī)控制器局域網(wǎng)(CAN)。信息的傳輸采用CAN通信協(xié)議，通過(guò)CAN控制器來(lái)完成。各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般為帶有微控制器的智能節(jié)點(diǎn)完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和基于CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn)可以使用帶有在片CAN控制器的微控制器，或選用一般的微控制器加上獨(dú)立的CAN控制器來(lái)完成節(jié)點(diǎn)功能。傳輸介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離，電源采用DC-DC變換器等措施。這樣可方便構(gòu)成實(shí)時(shí)分布式測(cè)控系統(tǒng)。微控制器，或選用一般的微控制器加上獨(dú)立的CAN控制器來(lái)完成節(jié)點(diǎn)功能。傳輸介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還可以在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離，電源采用DC-DC變換器等措施。這樣可方便構(gòu)成實(shí)時(shí)分布式測(cè)控系統(tǒng)。

CAN總線(xiàn)的物理接口

采用CAN收發(fā)器PCA82C250作為CAN控制器和物理總線(xiàn)之間的接口，提供向總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。

一般在驅(qū)動(dòng)芯片和CAN控制器之間加入光電耦合器，增加抗干擾能力。CAN總線(xiàn)的速度將由光電耦合器的速度決定。比如：用4N27光耦，因?yàn)樗捻憫?yīng)速度比較慢，CAN網(wǎng)絡(luò)的位速度只能達(dá)到幾十Kbit/s。如果采用6N137高速光電耦合器，CAN網(wǎng)絡(luò)速度可以達(dá)到和電阻網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)時(shí)的速度一樣。另外，物理層的設(shè)計(jì)要注意電纜的終端阻抗匹配，這直接影響了CAN總線(xiàn)能否正常工作和網(wǎng)絡(luò)性能，一般在CAN總線(xiàn)兩端并聯(lián)120Ω的電阻。

CAN總線(xiàn)的工作原理

CAN總線(xiàn)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(xiàn)上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線(xiàn)上總線(xiàn)協(xié)議支持多主控制器。 CAN與I2C總線(xiàn)的許多細(xì)節(jié)很類(lèi)似，但也有一些明顯的區(qū)別。

當(dāng)CAN總線(xiàn)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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。