現(xiàn)在的汽車已經(jīng)不再僅僅是一種死氣沉沉的交通工具了。計算機的發(fā)明也讓汽車有了一個職能的心。跟中嵌入式的計算機核心應(yīng)用到汽車當(dāng)中。那么如何規(guī)范這個核心的工作呢？這就需要CAN總線協(xié)議來幫忙了?，F(xiàn)在讓我們來了解一下這方面的知識吧。

一、CAN總線協(xié)議基本概念

（1）報文：總線上的信息以不同格式的報文發(fā)送但長度有限。當(dāng)總線開放時任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報文。

（2）信息路由：在CAN系統(tǒng)中一個CAN節(jié)點不使用有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的任何信息這里包含一些重要的概念：系統(tǒng)靈活性——節(jié)點可以在不要求所有節(jié)點及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下被接于CAN網(wǎng)絡(luò)。報文通信——一個報文的內(nèi)容由其標(biāo)示符ID命名ID并不指出報文的目的但描述數(shù)據(jù)的含義以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點有可能借助報文濾波決定該數(shù)據(jù)是否使它們激活。成組——由于采用了報文濾波所有節(jié)點均可接受報文并同時被相同的報文激活。數(shù)據(jù)相容性——在CAN網(wǎng)絡(luò)中可以確保報文同時被所有的節(jié)點或者沒有節(jié)點接受因此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相容性是借助于成組和出錯處理達到的。

（3）位速率：CAN的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的而在一個系統(tǒng)中是固定的速率。

（4）優(yōu)先權(quán)：在總線訪問期間標(biāo)示符定義了一個報文靜態(tài)的優(yōu)先權(quán)。

（5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求：通過發(fā)送一個遠(yuǎn)程幀需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀該數(shù)據(jù)幀與對應(yīng)的遠(yuǎn)程幀以相同的標(biāo)示符ID命名。

（6）多主站：當(dāng)總線開放時任何單元均可以開始發(fā)送報文發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)報文的單元會贏得總線的訪問權(quán)。

（7）仲裁：當(dāng)總線開放時任何單元均可以開始發(fā)送報文若同時有兩個或者更多的單元開始發(fā)送總線訪問沖突運用逐位仲裁規(guī)則借助標(biāo)示符ID解決這種仲裁規(guī)則可以使信息和時間均無損失若具有相同標(biāo)示符的一個數(shù)據(jù)幀和一個遠(yuǎn)程幀同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀仲裁期間每個發(fā)送器都對發(fā)送位電平與總線上檢測到的電平進行比較若相同則該單元可以繼續(xù)發(fā)送當(dāng)發(fā)送一個隱性電平而在總線上檢測為顯性電平時該單元退出仲裁并不再傳送后繼位了。

（8）安全性：CAN總線協(xié)議為了獲得盡可能高的數(shù)據(jù)傳輸安全性在每個CAN節(jié)點中均設(shè)有錯誤檢測標(biāo)定和自檢的強有力措施。檢測措施包括：發(fā)送自檢循環(huán)冗余校驗位填充和報文格式檢查。

（9）出錯標(biāo)注和恢復(fù)時間：已損壞的報文由檢驗出錯的節(jié)點進行標(biāo)注。這樣的報文將失效并自動進行重發(fā)送。如果不存在新的錯誤從檢出錯誤到下一個報文開始發(fā)送的恢復(fù)實踐最多為29個位時間。

（10）故障界定：CAN節(jié)點又能力識別永久性的故障和暫時擾動可自動關(guān)閉故障節(jié)點。

（11）連接：CAN串行通信鏈路是一條眾多單元均可被連接的總線理論上單元數(shù)目是無限的實際上單元總數(shù)受限于延遲時間和總線的電器負(fù)載。

（12）應(yīng)答：所有接收器均對接收報文的相容性進行檢查回答一個相容的報文并標(biāo)注一個不相容的報文。

二、CAN總線協(xié)議內(nèi)容

CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)荷。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼/解碼、位定時和同步的實施標(biāo)準(zhǔn)。

總線競爭的原則

BOSCH CAN基本上沒有對物理層進行定義，但基于CAN的ISO標(biāo)準(zhǔn)對物理層進行了定義。設(shè)計一個CAN系統(tǒng)時，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競爭時，具有較高優(yōu)先權(quán)的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN節(jié)點的構(gòu)成如圖7-8所示。在CAN中，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層：分別是物理信號層（Physical Layer Signaling，PLS）、物理介質(zhì)附件（Physical MediaAttachment，PMA）層和介質(zhì)從屬接口（Media Dependent：Inter-face，MDI）層。其中PLS連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內(nèi)部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可自行定義，比較流行的是ISOll898定義的高速CAN發(fā)送/接收器標(biāo)準(zhǔn)。

節(jié)點數(shù)量

CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點不分主從，任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，通信方式靈活，利用這一特點可方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)，CAN只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。 CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）。 CAN上的節(jié)點數(shù)主要決定于總線驅(qū)動電路，目前可達110個；報文標(biāo)識符可達2032種（CAN2.0A），而擴展標(biāo)準(zhǔn)（CAN2.0B）的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。

CAN的數(shù)據(jù)鏈路層

CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制（Logical Link control，LLC）完成過濾、過載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問控制（Medium Access control，MAC）子層完成數(shù)據(jù)打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。

三、CAN總線協(xié)議基本規(guī)則

（1）總線訪問：采用載波監(jiān)聽多路訪問CAN控制器之恩能夠在總線空閑時就是節(jié)點偵聽到網(wǎng)絡(luò)上至少存在3個空閑位（隱性位）時開始發(fā)送采用硬同步所有的控制器同步都為與幀的起始的前沿。過了一定時間并在一定條件后重同步。

（2）仲裁：各節(jié)點向總線發(fā)電平時也對總線上電平進行讀取并于自身發(fā)送的電平進行比較相同則發(fā)下一位直至全部發(fā)完。不同則說明網(wǎng)絡(luò)上有更高優(yōu)先級的信息幀正在發(fā)送即停止發(fā)送退出競爭。

（3）編碼/解碼：幀起始域仲裁域控制域數(shù)據(jù)域和CRC序列均使用位填充技術(shù)進行編碼就是5個連續(xù)的同狀態(tài)電平插入一位與它相補的電平還原時每5個同狀態(tài)的電平后的相補電平被刪除。

（4）出錯標(biāo)注：當(dāng)檢測到位錯誤填充錯誤形式錯誤或應(yīng)答錯誤時檢測出錯條件的CAN控制器將發(fā)送一個出錯標(biāo)志。

（5）超載標(biāo)注一些控制器會發(fā)送一個或多個超載幀以延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的發(fā)送。

四、CAN總線協(xié)議應(yīng)用領(lǐng)域

使用范圍

汽車制造中的應(yīng)用、大型儀器設(shè)備中的應(yīng)用、工業(yè)控制中的應(yīng)用、智能家庭和生活小區(qū)管理中的應(yīng)用以及機器人網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用。同時，由于CAN總線本身的特點，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。

發(fā)展趨勢

目前大多數(shù)CAN控制器只做到鏈路層，然而隨著CAN的發(fā)展和應(yīng)用，應(yīng)用層的硬件設(shè)計也成為硬件廠商的考慮范疇。