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控制器局域網(wǎng) (Controller Area Network，簡稱CAN或者CAN bus) 是一種功能豐富的車用總線標準。被設計用于在不需要主機(Host)的情況下，允許網(wǎng)絡上的單片機和儀器相互通信。 它基于消息傳遞協(xié)議，設計之初在車輛上采用復用通信線纜，以降低銅線使用量，后來也被其他行業(yè)所使用。CAN創(chuàng)建在基于信息導向傳輸協(xié)定的廣播機制(Broadcast Communication Mechanism)上。其根據(jù)信息的內(nèi)容，利用信息標志符(Message Identifier，每個標志符在整個網(wǎng)絡中獨一無二)來定義內(nèi)容和消息的優(yōu)先順序進行傳遞，而并非指派特定站點地址(Station Address)的方式。因此，CAN擁有了良好的彈性調整能力，可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡中增加節(jié)點而不用在軟、硬件上做出調整。除此之外，消息的傳遞不基于特殊種類的節(jié)點，增加了升級網(wǎng)絡的便利性。
優(yōu)勢及特點
特點：
(1) CAN是一個用于連接電子控制單元(ECU)的多主機串行總線標準。電子控制單元有時也被稱作節(jié)點。CAN網(wǎng)絡上需要至少兩個節(jié)點才可進行通信。節(jié)點的復雜程度可以只是簡單的輸入輸出設備，也可以是包含有CAN交互器并搭載了軟件的嵌入式組件。所有節(jié)點通過兩根平行的總線連接在一起。兩條電線組成一條雙絞線，并且接有120Ω的特性抗。
(2) 數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他(一個或多個)節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序。
(3) 多個節(jié)點同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞。
(4) 通信距離最遠可達10KM(速率低于5Kbps)速率可達到1Mbps(通信距離小于40M)。
(5) CAN總線傳輸介質可以是雙絞線，同軸電纜，CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用。
優(yōu)勢：
(1) 可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信：CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識符可由11位或29位二進制數(shù)組成，因此可以定義2或2個以上不同的數(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)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。
(2) 結構簡單：只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。
(3) 數(shù)據(jù)糾錯：采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作，每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境下使用。
(4) 完成對通信數(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、優(yōu)先級判別等項工作。
(5) 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其他操作不受影響，可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。
CAN總線的數(shù)據(jù)格式與基本工作原理
數(shù)據(jù)格式：
(1) CAN-bus通信幀共分為數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。
(2) 數(shù)據(jù)幀：結構上由7個段組成，其中根據(jù)仲裁段ID碼長度的不同，分為標準幀(CAN2.0A)和擴展幀(CAN2.0B)結構上由7個段組成，其中根據(jù)仲裁段ID碼長度的不同，分為標準幀(CAN2.0A)和擴展幀(CAN2.0B)。標準幀為11位，擴展幀為29位。這也是我們在使用中接觸最多的格式。
(3) 遠程幀：與數(shù)據(jù)幀相比沒有數(shù)據(jù)段，結構上由7個段組成。當你需要總線上的一個節(jié)點向你發(fā)送數(shù)據(jù)，使用次節(jié)點的ID,發(fā)送一幀遠程幀。
(4) 錯誤幀：雖然CAN總線是可靠性很高的總線，但是依然會出錯：CAN總線上會出現(xiàn)5種錯誤。
(5) 過載幀和幀間隔：過載幀:當某個節(jié)點沒有做好接收下幀數(shù)據(jù)將發(fā)送過載幀通知節(jié)點。幀間隔：只存在于數(shù)據(jù)幀與遠程幀之間，用于幀之間的分離。
基本工作原理：
跟其他總線一樣，CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議” 的機制實現(xiàn)的，只不過會議的過程并不是由一方(節(jié)點)主導，而 是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題(多主通信模式)，二者對應關系如下：
仲裁與優(yōu)先級
假設節(jié)點A、B和C都發(fā)送相同格式相同類型的幀，如標準格式數(shù)據(jù)幀，它們競爭總線的過程是
結論：從該分析過程得出結論是：幀ID值越小，優(yōu)先級越高，對于同為擴展格式數(shù)據(jù)幀、標準格式遠程幀和擴展格式遠程幀的情況同理。
CAN總線上的電平
CAN2.0A/B標準規(guī)定:總線空閑：CAN_H和CAN_L上的電壓為2.5V
傳輸數(shù)據(jù)： 顯性電平(邏輯 0)：CAN_H 3.5V，CAN_L 1.5V
隱性電平(邏輯 1)：CAN_H 2.5V，CAN_L 2.5V
CAN收發(fā)器：
照BOSCH CAN總線標準將0或1邏輯信號轉換為標準中規(guī)定的電平，同時有反饋功能。
CAN總線的硬件抗干擾：
(1) 在電路中增加共模電感。
注意：并不是每個節(jié)點都需要增加電阻,只需要在總線相聚最遠的兩個節(jié)點使用電阻即可。
電阻也不是固定的120歐姆，根據(jù)導線的材質有關。
CAN總線負載率計算
計算例子：
假設CAN總線波特率為250Kbit/s，總線報文發(fā)送時間間隔為10ms， 報文為數(shù)據(jù)幀(8個字節(jié)數(shù)據(jù))，那么10ms內(nèi)總線能夠支持的最大報文數(shù)量為多少?
第一步：根據(jù)通信波特率計算10ms總共可以發(fā)送多少bit (250000/1000)*10 = 2500bit
第二步：計算最長的一幀報文有多少個bit
1sof + 29id + 1ide + 1rtr + 1srr + 2r + 4dlc + 8*8data
+ 16crc + 2ack + 7eof = 128bit
第三步：計算10ms內(nèi)可以支持的報文數(shù)目
2500/128 ≈ 19
結論:
由上面的計算可知，當10ms間隔的報文數(shù)量超過19條時，就會出現(xiàn)丟幀，總線飽和。計算報文數(shù)量也是設計CAN網(wǎng)絡所要考慮的，可以查閱相關文獻看負載率在多少時合適!
責任編輯:tzh
工商網(wǎng)監(jiān)
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