[嵌入式] CAN总线协议以及概念

1 CAN总线概念

CAN 总线有两个 ISO 国际标准： ISO11898 和 ISO11519 。其中：

? ISO11898? 定义了通信速率为 125 kbps ～ 1 Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达 1Mbps ，总线长度 ≤ 40 米。

? ISO11519 定义了通信速率为 10 ～ 125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为 40kbps 时，总线长度可达 1000 米。

? 在 CAN 总线上，利用 CAN_H 和 CAN_L 两根线上的电位差来表示 CAN 信号。 CAN 总线上的电位差分为 显性电平 和 隐性电平 。其中 显性电平 为逻辑 0 ， 隐性电平 为逻辑 1 。

CAN 信号的表示分别如下所示：

??发送过程：CAN控制器将CPU传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑0-显性电平或者逻辑1-隐性电平）。CAN发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到CAN总线上。

? 接收过程： CAN 接收器将 CAN_H 和 CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到 CAN 控制器， CAN 控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到 CPU 上。

2?CAN通信的特点

? ?

多主工作方式：

? 所谓多主工作方式，指的是：总线上的所有节点没有主从之分，在总线空闲状态，任意节点都可以向总线上发送消息。

? < 总线空闲状态 > ：当总线上的上出现连续的 11 位隐性电平，那么总线就处于空闲状态。也就是说对于任意一个节点而言，只要它监听到总线上连续出现了 11 位隐性电平，那么该节点就会认为总线当前处于空闲状态，它就会立即向总线上发送自己的报文。

? 在多主工作方式下：最先向总线发送消息的节点获得总线的发送权；当多个节点同时向总线发送消息时，所发送消息的优先权高的那个节点获得总线的发送权。例如： Node_A 和 Node_B 同时向总线发送各自的消息 Msg_1 和 Msg_2 ，如果 Msg_1 的优先级比 Msg_2 高，那么 Node_A 就获得了总线的发送权。

? ? ?非破坏性位仲裁机制：

? ??在CAN协议中，所有的消息都以固定的帧格式发送。当多个节点同时向总线发送消息时，对各个消息的标识符（即ID号）进行逐位仲裁，如果某个节点发送的消息仲裁获胜，那么这个节点将获取总线的发送权，仲裁失败的节点则立即停止发送并转变为监听（接收）状态。?? 例如：Node_A和Node_B同时向总线发送各自的消息Msg_1和Msg_2，那么对Msg_1的ID号ID_1和Msg_2的ID号ID_2进行逐位仲裁，如果仲裁结果是：ID_1的优先级比ID_2高，那么Msg_1在仲裁中获胜，于是发出Msg_1这条报文的节点Node_A就获得了总线的发送权。同时，Msg_2在仲裁中失败，于是Node_B就转换到监听总线电平的状态。这种仲裁机制既不会造成已发送数据的延迟，也不会破坏已经发送的数据，所以称为非破坏性仲裁机制。

? 系统的柔性：

? CAN 总线上的节点 没有“地址”的概念 ，因此在总线上增加节点时，不会对总线上已有节点的软硬件及应用层造成影响。

? 通信速度：

? 通信速度在同一条 CAN 线上，所有节点的通信速度（位速率）必须相同，如果两条不同通信速度总线上的节点想要实现信息交互，必须通过网关。? 例如：汽车上一般有两条 CAN 总线： 500kbps 的驱动系统 CAN 总线和 125kbps 的舒适系统 CAN 总线，如果驱动系统 CAN 总线上的发动机节点要把自己的转速信息发送给舒适系统 CAN 总线上的转速表节点，那么这两条总线必须通过网关相连。

3??CAN通信网络结构

???实际上，CAN总线网络底层只采用了OSI基本参照模型中的数据链路层、传输层。而在CAN网络高层仅采用了OSI基本参照模型的应用层 .

?4 CAN 报文协议

?在CAN协议中，ISO标准只对数据链路层和物理层做了规定。对于数据链路层和物理层的一部分，ISO11898和ISO11519-2的规定是相同，但是在物理层的PMD子层和MDI子层是不同的。

5?CAN总线的结构应用

? ?? 高速CAN和低速CAN通信需要通过网关进行转换。

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