CAN總線學習筆記一：CAN總線的相關概念

　　題記：

　　在這信息爆炸的年代，學習一樣新的知識，尤其是IT技術的學習，網(wǎng)絡是必不可少的。一陣狂搜過后，發(fā)現(xiàn)基于CAN總線的介紹確實不少，但是大多好像都雷同了，也許是不斷轉(zhuǎn)貼的結果吧。而且這些知識點也都太零散了，讓人看了，尤其是初學者有點找不著北的感覺。所以，本著謙虛好學腳踏實地的菜鳥精神，決定把網(wǎng)上搜的，書上看的，再添油加醋的做一番比較系統(tǒng)的整理。算是為學習CAN總線理清思路，快速上手打基礎吧。

　　一、什么是CAN總線?

　　CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如：發(fā)動機管理系統(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。

　　一個由CAN 總線構成的單一網(wǎng)絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點。CAN 可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

　　二、CAN 總線是如何發(fā)展的?

　　CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。當時，由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復雜，同時意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動機就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。于是，他們設計了一個單一的網(wǎng)絡總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN 已成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519(低速應用)。

　　CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN 仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　由于CAN總線具有很高的實時性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域中得到了廣泛應用。

　　三、CAN 總線是如何工作的?

　　CAN通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型(OSI)一致。每一層與另一設備上相同的那一層通訊。實際的通訊發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層，而設備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。下表中展示了OSI開放式互連模型的各層。應用層協(xié)議可以由CAN用戶定義成適合特別工業(yè)領域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領域得到廣泛應用的標準是DeviceNet，這是為PLC和智能傳感器設計的。在汽車工業(yè)，許多制造商都應用他們自己的標準。

　　CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。

　　四、CAN 有哪些特性?

　　CAN具有十分優(yōu)越的特點，使人們樂于選擇。這些特性包括：

　　1、低成本;

　　2、極高的總線利用率;

　　3、很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10Km);

　　4、高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達1Mbit/s);

　　5、可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

　　6、可靠的錯誤處理和檢錯機制;

　　7、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā);

　　8、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;

　　9、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。