1. CAN總線是啥

總線是啥？

總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，不管是啥看英文叫作“BUS”，即“公交車”，也就是說(shuō)總線就行公交一樣。你只要在公交的運(yùn)行線路上，就可以上車，上車點(diǎn)就是公交站點(diǎn)，同樣的總線接好了，加入一個(gè)節(jié)點(diǎn)（設(shè)備），節(jié)點(diǎn)接可以把數(shù)據(jù)放到總線上，傳到其他節(jié)點(diǎn)。

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡(jiǎn)稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。

中文名：CAN總線
外文名：Controller Area Network
開發(fā)公司：德國(guó)BOSCH公司
特點(diǎn)：國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一
地區(qū) ：北美和西歐
應(yīng)用范圍：汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)

CAN總線是廣播類型的總線。這意味著所有節(jié)點(diǎn)都可以偵聽到所有傳輸?shù)膱?bào)文。無(wú)法將報(bào)文單獨(dú)發(fā)送給指定節(jié)點(diǎn)；所有節(jié)點(diǎn)都將始終捕獲所有報(bào)文。但是CAN硬件能夠提供本地過(guò)濾功能，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文有選擇性地做出響應(yīng)。

上世紀(jì)八十年代以來(lái)，汽車ECU越來(lái)越多，如ABS，電控門窗，電子燃油噴射裝置。如果仍然采用常規(guī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線方式，即電線一段與開關(guān)相接，另一端與用電設(shè)備相通，將會(huì)導(dǎo)致車上電線數(shù)目的急劇增加，從而帶來(lái)線束的冗余及維修成本的提高。這就對(duì)汽車的線束分布及信息通訊提出了更高的要求。總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享，解決了傳統(tǒng)布線方式中線束多，布線難，成本高等問(wèn)題，CAN（Controller Area Network）總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2. CAN總線簡(jiǎn)介

CAN總線是由德國(guó)研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11519），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線是一種多主控（Multi-Master）的總線系統(tǒng)。傳統(tǒng)總線系統(tǒng)如USB或以太網(wǎng)等是在總線控制器的協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)從A節(jié)點(diǎn)到B節(jié)點(diǎn)大量數(shù)據(jù)的傳輸。CAN網(wǎng)絡(luò)的消息是廣播式的，即在同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)偵測(cè)的數(shù)據(jù)是一致的，它是一種基于消息廣播模式的串行通信總線。

CAN總線的很多優(yōu)點(diǎn)，使得它得到了廣泛的應(yīng)用，如傳輸速度最高到1Mbps, 通信距離最遠(yuǎn)到10km，無(wú)損位仲裁機(jī)制，多主結(jié)構(gòu)。

2.1 CAN總線標(biāo)準(zhǔn)

CAN總線標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，至于應(yīng)用層需要用戶自定義。不同的CAN標(biāo)準(zhǔn)僅物理層不同。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層：ISO11898；應(yīng)用層：不同的應(yīng)用領(lǐng)域使用不同的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 CAN物理層

CAN拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)

連接在CAN總線上的設(shè)備叫做節(jié)點(diǎn)設(shè)備（CAN Node），CAN網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟话銥榫€型。線束最常用的是雙絞線，線上傳輸為對(duì)稱的差分電平信號(hào)。下圖為CAN總線網(wǎng)絡(luò)示意圖，節(jié)點(diǎn)主要包括Host、控制器和收發(fā)器。Host常集成有CAN控制器，CAN控制器負(fù)責(zé)處理協(xié)議相關(guān)功能，以減輕Host的負(fù)擔(dān)。CAN收發(fā)器將控制器連接到傳輸媒介。通常控制器和總線收發(fā)器通過(guò)光耦或磁耦隔離，這樣即使總線上過(guò)壓損壞收發(fā)器，控制器和Host設(shè)備也可以得到保護(hù)。

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CAN控制器把要發(fā)送的二進(jìn)制編碼通過(guò)CAN_Tx線發(fā)送到CAN收發(fā)器，然后由收發(fā)器把這個(gè)普通的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)化成差分信號(hào)，通過(guò)差分線CAN_High和CAN_Low輸出到CAN總線網(wǎng)絡(luò)。接收數(shù)據(jù)過(guò)程，相反。采用差分信號(hào)，可以取得更好的電磁兼容效果。因此，CAN總線物理傳輸媒介只需要兩根線。

高速CAN總線最高信號(hào)傳輸速率為1Mbps，支持最長(zhǎng)距離40m。ISO11898-2要求在高速CAN總線兩段安裝端接電阻RL（端接電阻一般為120Ω，因?yàn)殡娎|的特性阻抗為120 Ω，為了模擬無(wú)限遠(yuǎn)的傳輸線。）以消除反射。低速CAN最高速度只有125Kbps，所以ISO11898-3沒有端接要求。

因?yàn)閭鬏斁嚯x越大，信號(hào)時(shí)延也越大，為了保證消息的正確采樣，總線上的信號(hào)速率相應(yīng)也要下降。下圖是推薦的信號(hào)速率與距離的關(guān)系。

2.3 CAN收發(fā)器

CAN總線分高速CAN和低速CAN，收發(fā)器也分為高速CAN收發(fā)器（1Mbps）和低速CAN收發(fā)器（125Kbps）。低速CAN也叫Fault
Tolerance CAN，指的是即使總線上一根線失效，總線依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作電平轉(zhuǎn)換，CAN收發(fā)器的作用則是把邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。

2.4 差分信號(hào)

CAN總線采用差分信號(hào)傳輸，通常情況下只需要兩根信號(hào)線就可以進(jìn)行正常的通信。在差分信號(hào)中，邏輯0和邏輯1是用兩根差分信號(hào)線的電壓差來(lái)表示。當(dāng)處于邏輯1，CAN_High和CAN_Low的電壓差小于0.5V時(shí)，稱為隱性電平（Recessive）；當(dāng)處于邏輯0，CAN_High和CAN_Low的電壓差大于0.9V，稱為顯性電平（Dominant）。

高速CAN