1、CAN基础知识简介,CAN是什么？,CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO 国际标准化的串行通信协议,CAN的来源？在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在北
2、美和西欧已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,CAN目前的地位CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面,CAN的发展,控制器局部网（CANCONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领域推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在中国迅速普及推广。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。
3、由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C技术-COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，19
4、91年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范,CAN 即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。,网络各节点之间的数据通信实时性强,01,开发周期短,02,已形成国际标准 的现场总线,03,最有前途的现场总线之一,04,CAN的优势,CAN的特点,完成对通信数据的成帧处理可在各节点之间实现自由通信结构简单传输距离和速率,CAN报文方式,在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标
5、识符（ID）长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位。在标准格式中，报文的起始位称为帧起始（SOF），然后是由11位标识符和远程发送请求位 (RTR）组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。控制场包括标识符扩展位（IDE），指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位 (ro），为将来扩展使用。它的最后四个位用来指明数据场中数据的长度（DLC）。数据场范围为08个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC）。应答场（ACK）包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平（逻辑1），这时正确接收报文的接收站发送主控电平（逻辑0）覆盖它。用这种方
6、法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位，如果这时没有站进行总线存取，总线将处于空闲状态。,CAN总线拓扑图,CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一，发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收,CAN协议帧的结构,CAN是一种多主方式的串行通信总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误，当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率CAN的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层信号使用差
7、分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”。此时，通常电压值为：CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。（=2V）帧类型报文传输由以下5个不同的帧类型所表示和控制：数据帧数据帧携带数据从发送器至接收器远程帧总线单元发出远程帧，请求发送具有统一识别符的数据帧错误帧任何单元检测到总线错误就发出错误帧过载帧用以在先行的和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附加的延时帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧,CAN协议数据帧的构成,数据帧由7个不同的位
8、场/段组成：帧起始（Start of Frame）表示数据帧开始的段仲裁场（Arbitration Field）表示该帧优先级的段控制场（Control Field）表示数据的字节数及保留位的段数据场（DATA Field）数据的内容，可发送08 个字节的数据CRC场（CRC Field）检查帧的传输错误的段应答场（ACK Field）表示确认正常接收的段帧结束（End of Frame）表示数据帧结束的段帧起始（标准格式和扩展格式）帧起始（SOF）标志数据帧和远程帧的起始，仅由一个”显性”位组成只在总线空闲时才允许站开始发送信号，所有的站必须同步于首先开始发送报文的站的帧的起始前沿,CAN协
9、议数据帧的构成,识别符-标准格式识别符的长度为11位，相当于扩展格式的基本ID（Base ID），这些位按ID28到ID18的顺序发送，最低位是ID-18，7个最高位（ID28-ID22）必须不能全是“隐形”识别符-扩展格式和标准格式形成对比，扩展格式由29位组成，其格式包含两个部分：11位基本ID、18位扩展ID基本ID：包含11位，按ID28-ID18的顺序发送，它相当于标准识别符的格式，基本ID定义扩展帧的基本优先权扩展ID：扩展ID包括18位，它按ID17-ID0的顺序发送RTR位（标准格式以及扩展格式）标准帧里，识别符其后是RTR位，其全称为“远程发送请求位”Remote trans
10、mission Request Bit ，RTR位在数据帧里面必须是“显性”，而在远程帧里面必须为“隐形”SRR位（扩展格式）SRR全称为“替代远程请求位Substitute Remote Request Bit”,是一个“隐形”位，他代替扩展格式中标准帧的RTR位位置，因此标准帧与扩展帧的冲突时通过标准帧优先于扩展帧的这一途径解决的，扩展帧的基本ID如同标准帧的识别符,CAN协议帧间空间的构成,间隔3 个位的隐性位总线空闲隐性电平，无长度限制（0 亦可）本状态下，可视为总线空闲，要发送的单元可开始访问总线延迟传送（发送暂时停止）8 个位的隐性位只在处于被动错误状态的单元刚发送一个消息后的帧间
11、隔中包含的段,CAN的应用举例,CAN总线在工控领域主要使用低速-容错CAN即ISO11898-3标准，在汽车领域常使用500Kbps的高速CAN。某进口车型拥有，车身、舒适、多媒体等多个控制网络，其中车身控制使用CAN网络，舒适使用LIN网络，多媒体使用MOST网络，以CAN网为主网，控制发动机、变速箱、ABS等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制，如高速时自动锁闭车门，安全气囊弹出时，自动开启车门等功能。CAN系统又分为高速和低速，高速CAN系统采用硬线是动力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒适型，速度：125Kbps，主要控制仪表
12、、防盗等。,CAN的优点,废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短；每帧数据都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境下使用；节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-Bus上，形成多主机局部网络；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。,
