CAN学习手记1

题记：

在这信息爆炸的年代，学习一样新的知识，尤其是IT技术的学 习，网络是必不可少的。一阵狂搜过后，发现基于CAN总线的介绍确实不少，但是大多好像都雷同了， 也许是不断转贴的结果吧。而且这些知识点也都太零散了，让人看了，尤其是初学者有点找不着北的感觉。所以，本着谦虚好学脚踏实地的菜鸟精神，决定把网上搜 的，书上看的，再添油加醋的做一番比较系统的整理。算是为学习CAN总线理清思路，快速上手打基础 吧。

一、什么是CAN总线？

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被 设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网 络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。

一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个 节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用Philips P82C250作 为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个 节点。CAN 可提供高达1Mbit/s的 数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能 力。

二、CAN 总线是如何发展的？

　　CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作 的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最 初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该 总线上。1993年，CAN 已成为国际标 准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。

　　CAN是一种多主方式的串行通讯总线，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。

由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。

三、CAN 总线是如何工作的？

CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型（OSI）一致。每一 层与另一设备上相同的那一层通讯。实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。CAN的 规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层。下表中展示了OSI开放式互连模型的各层。应用 层协议可以由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案。已在工业控制和制造业领域得到广泛应用 的标准是DeviceNet，这是为PLC和 智能传感器设计的。在汽车工业，许多制造商都应用他们自己的标准。

表1 OSI开放系 统互连模型

CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用 差分电压传送，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。

四、CAN 有哪些特性？

　　CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择。这些特性包括：

1、低成本；

2、极高的总线利用率；

3、很远的数据传输距离(长 达10Km)；

4、高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）；

5、可根据报文的ID决 定接收或屏蔽该报文；

6、可靠的错误处理和检错机制；

7、发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

8、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

9、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。

五、Philips制造的CAN芯 片有哪些？  

表2 CAN芯片一 览表

六、CAN总线如何进行位仲裁？

　　CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect） 的缩写。

　　利用CSMA访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多 个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能 会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两 个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在CAN总 线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位 数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数 ‘0’而不是‘1’，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全‘0’ 标志符的报文具有总线上的最高级优先权。可用另外的方法来解释：在消息冲突的位置，第一个节点发送0而 另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得 总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。

七、CAN的高层协议

　　CAN的高层协议（也可理解为应用层协议）是一种在现有的底层协议（物理层和数据链路层）之上实现的协议。高层 协议是在CAN规范的基础上发展起来的应用层。许多系统（像汽车工业）中，可以特别制定一个合适的 应用层，但对于许多的行业来说，这种方法是不经济的。一些组织已经研究并开放了应用层标准，以使系统的综合应用变得十分容易。

　　一些可使用的CAN高层协议有：

　　1、制定组织主要高层协议

　　2、CiA CAL协议

　　3、CiA CANOpen协议

　　4 http://www.51lm.cn/p/templates/cn/show.php?cid=79&aid=186