CAN详解

一、CAN

        CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。
        CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

二、硬件连接

        CAN总线只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块，是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达1Mbps（40m以内），最长传递距离达10km（速率为5kbps以下）。网络节点目前可达110个，报文标志符2032种（CAN2.0A），扩展标准（CAN2.0B）中报文标志符几乎不受限制。
        CAN网络可以理解为多台CAN设备连接在同一条CAN总线上组合成的网络，其中的CAN设备我们称之为节点。CAN网络拓扑结构如下图：

        一个CAN节点主要包含三类：

• MCU应用程序，根据程序分层可分为三部分：
  （1）业务逻辑代码：是根据项目需求而定，也很好理解。比如我读取一个传感器数据，并对其做出相应逻辑处理。
  （2）协议层代码：比如后续要讲述的CANOpen。
  （3）底层驱动代码：配置CAN总线相应参数、控制收发的代码
• CAN控制器。内部结构还是挺复杂的，一般现在CAN控制器都是与处理器集成在一起。包含一些控制、状态、配置等寄存器。比如有些STM32芯片带有CAN，也就是说CAN控制器已经集成在STM32芯片中了，我们只需要编程操作其中的寄存器即可。
• CAN收发器。将CAN收发引脚（CAN_TX和CAN_RX）的TTL信号转换成CAN总线的电平信号。

        可以把CAN总线通信认为是UART通过RS485进行通信：CAN控制器就如UART的控制器，而CAN收发器就如RS485转换芯片。

三、通信协议

        一般比较常见的CAN通信协议主要有三种：J1939、CANopen、devicenet。这些CAN通信协议的最大特点就是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。
        CAN协议是通过以下5种类型的帧进行的：

• 数据帧，用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
• 远程帧，用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧。
• 错误帧，用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。
• 过载帧，用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。
• 间隔帧，用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。

        数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11个位的标识符（ID），扩展格式有29个位的ID。

四、数据帧

        数据帧结构上由7个段构成，其中根据仲裁段ID码长度的不同，分为标准帧（CAN2.0A）和扩展帧（CAN2.0B）。

• 帧起始、帧结束
  
• 仲裁段
  
• 控制段
  
• 数据段
  
• CRC段
  
• ACK段
  

五、远程帧

        数据帧与远程帧的区别：

六、错误帧

七、过载帧

八、帧间隔

九、CAN数据处理流程