从OSI七层网络模型角度了解CAN通信协议

原创已于 2025-03-22 22:05:08 修改 · 2.1k 阅读

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于 2025-03-20 21:58:44 首次发布

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前言：先占个位置，文章内容皆来自网络，我只是搬运工，等后面理解深刻了再进行修文。

CAN通信协议的网络架构基于OSI七层模型进行设计，但实际实现中根据其应用场景（如汽车电子、工业控制等）进行了简化和优化。以下是结合OSI模型从应用层向下的分层解析，及其在CAN协议中的具体实现和应用：

功能：定义具体的应用协议，如设备控制指令、诊断服务、数据交互格式等。
CAN实现：

自定义应用协议：如工业自动化中的设备控制指令格式。
标准化协议：
- CANopen：实现设备参数配置、实时控制、同步通信等，支持对象字典（Object Dictionary）机制。
- UDS（ISO 14229）：用于车辆诊断，定义诊断请求与响应格式（如故障码读取、ECU编程）。
数据格式：通过PDU（Protocol Data Unit）封装数据，例如通过信号打包/解包处理。

功能：数据格式转换、加密/解密、压缩/解压。
CAN实现：

CAN协议本身不直接定义表示层功能，但通过上层协议实现：
- CANopen：使用对象字典统一数据格式，支持数据类型（如整数、浮点数）的标准化表示。
- 诊断协议：如UDS中的ASN.1编码规则对诊断数据进行结构化封装。

功能：管理通信会话（建立、维护、终止），同步节点间交互。
CAN实现：

CAN总线无原生会话层，但通过应用层协议扩展：
- CANopen：通过NMT（网络管理协议）控制节点状态（启动/停止），实现会话管理。
- 诊断服务：UDS中的会话控制服务（如切换诊断模式）管理通信状态。

功能：端到端的数据可靠传输，处理大数据分片与重组。
CAN实现：

ISO 15765-2（CAN TP）：
- 分片与重组：将超过8字节的数据分割为多帧传输（如诊断长报文）。
- 流控制：通过流控帧（Flow Control Frame）协调发送与接收速率。
经典CAN：单帧最大8字节，不涉及传输层分片。

功能：数据路由、地址管理与逻辑寻址。
CAN实现：

功能：帧格式定义、错误检测、仲裁机制、流量控制。
CAN实现（ISO 11898-1）：

功能：电气特性、信号编码、总线拓扑。
CAN实现（ISO 11898-2/3）：

电气标准：
- 高速CAN（ISO 11898-2）：1 Mbps，差分信号（显性0: CAN_H=3.5V, CAN_L=1.5V；隐性1: 均2.5V）。
- 低速容错CAN（ISO 11898-3）：125 kbps，支持单线故障容错。
拓扑结构：
- 闭环总线：终端电阻120Ω，最大长度40m。
- 开环总线：独立双线，最长1km。
同步机制：位定时与采样点配置（SS/PTS/PBS1/PBS2段）。