CAN總線連接示意圖，CAN信號(hào)傳輸

CAN總線定義：

CAN（Control Area Network）屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種高性能、高可靠性、易于開(kāi)發(fā)和低成本的串行總線。

CAN是由德國(guó)Bosch公司在1986年為汽車(chē)監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，隨后也廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等多種領(lǐng)域，其在每個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。

1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范V2.0，該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A曾在CAN技術(shù)規(guī)范1.2中定義的CAN報(bào)文格式，提供11位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式，提供29位地址。此后ISO在1993年11月也正式發(fā)布了CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。其中ISO11898-1定義了CAN數(shù)據(jù)鏈路層；ISO11898-2定義了非容錯(cuò)CAN物理層；ISO11898-3定義了11898-3的容錯(cuò)物理層。CAN總線協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，要將CAN總線應(yīng)用于實(shí)際的工程項(xiàng)目和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中必須制定上層應(yīng)用協(xié)議。目前汽車(chē)上應(yīng)用的協(xié)議有：ISO15675（傳輸層協(xié)議）、ISO14229（應(yīng)用層協(xié)議）等。

CAN總線的特點(diǎn)

1、 多主控制方式。在總線空閑時(shí)，所有單元都可往總線上發(fā)送消息（多主控制）。最先訪問(wèn)總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)（采用CSMA/CA方式）。當(dāng)多個(gè)單元同時(shí)發(fā)送時(shí)，CANID小的節(jié)點(diǎn)獲得發(fā)送權(quán)。

2、 非破壞性總線仲裁技術(shù)。當(dāng)總線發(fā)生沖突時(shí)，高優(yōu)先級(jí)報(bào)文可以不受影響的進(jìn)行傳輸，保證高優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)性要求；而低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文退出傳輸。

3、 高可靠性。每幀都有位填充，CRC校驗(yàn)等多種錯(cuò)誤檢測(cè)，保證了極低的錯(cuò)誤率；發(fā)送期間丟失仲裁或者由于錯(cuò)誤而破壞了的數(shù)據(jù)幀可自動(dòng)重發(fā)（這一點(diǎn)由CAN控制器自己重發(fā)，無(wú)需人為重新裝載發(fā)送數(shù)據(jù)）。

4、 自動(dòng)關(guān)閉總線。CAN控制器可以檢測(cè)和判斷總線上的錯(cuò)誤類(lèi)型，是短暫的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲），還是持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、短路故障等）。當(dāng)錯(cuò)誤為持續(xù)性故障時(shí)，CAN控制器可自動(dòng)關(guān)閉，脫離總線，以免影響總線上的其他節(jié)點(diǎn)正常通信。

CAN總線拓?fù)鋱D

CAN控制器根據(jù)兩根線上的電位差來(lái)判斷總線電平?？偩€電平分為顯性和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過(guò)使總線電平變化，將消息發(fā)送給接收方。下圖1是一個(gè)CAN總線連接示意圖。

下圖1由兩個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)組成，其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信速率為500K，另外一個(gè)為125K。每個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)由CANH和CANL兩根線組成，各個(gè)節(jié)點(diǎn)（ABS、SAS、ETM、ECM）分別連接在CANH和CAHL上。在每個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的頭尾分別連接了兩個(gè)終端電阻，終端電阻的大小為120歐姆。

下圖1左邊陰影部分是某個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部電路模塊，包含CPU、CAN控制器（CAN Controller，一般單片機(jī)都集成了CAN控制器模塊）以及CAN收發(fā)器（CAN transceiver）。其中CPU負(fù)責(zé)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞給CAN控制器，以及接收從CAN控制器中解析的數(shù)據(jù)；CAN控制器將Rx腳的二進(jìn)制的0/1轉(zhuǎn)換為具體的報(bào)文，然后將報(bào)文傳遞給CPU，以及將CPU需要發(fā)送的報(bào)文轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制0/1，然后通過(guò)Tx腳傳遞給CAN收發(fā)器。CAN控制器的主要功能是電平轉(zhuǎn)換，將CANH和CANL上的電平轉(zhuǎn)換為Rx腳上的0/1，將Tx腳上的0/1在CANH和CANL進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖1

信號(hào)電平

高速CAN，定義 當(dāng)CANH 和 CANL 電壓相同（CANH = CANL = 2.5V）時(shí)為邏輯“1”，CANH和CANL 電壓相差 2V（CANH = 3.5V， CANL = 1.5V） 時(shí)為邏輯“0”。高速CAN收發(fā)器在共模電壓范圍內(nèi)（-12V ~ 12V），將CANH和CANL電壓相差大于 0.9V 解釋為顯性狀態(tài)（Dominant），而將CANH和CANL電壓相差小于 0.5V 解釋為為隱性狀態(tài)（Recessive）。

CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)，也就是說(shuō)CAN總線上的信號(hào)有兩種不同的信號(hào)狀態(tài)，分別是顯性的（Dominant）邏輯0和隱形的（recessive）邏輯1，信號(hào)每一次傳輸完后不需要返回到邏輯0（顯性）的電平。

CAN信號(hào)傳輸

圖2 a

發(fā)送過(guò)程： CAN控制器將CPU傳來(lái)的報(bào)文轉(zhuǎn)換為邏輯電平（即邏輯0-顯性電平或者邏輯1-隱性電平）通過(guò)Tx腳傳遞給CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器接收邏輯電平之后，再將其轉(zhuǎn)換為差分電平輸出到CAN總線上。

圖2 b

接收過(guò)程： CAN收發(fā)器將CAN_H 和 CAN_L 線上傳來(lái)的差分電平轉(zhuǎn)換為邏輯電平輸出到CAN控制器的Rx腳，CAN控制器再把該邏輯電平轉(zhuǎn)化為相應(yīng)報(bào)文發(fā)送到CPU上。

圖2 c
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