初识CAN总线

一、CAN的介绍

        视频课链接：趋近于完美的通讯 CAN总线！4分钟看懂！_哔哩哔哩_bilibili

 052：车载测试之CAN总线通信：02：CAN协议的标准数据帧_已压缩_哔哩哔哩_bilibili

        CAN：Controller Area Network 控制器局域网

        这里的控制器在汽车中的专业术语叫ECU（电子控制单元）。ECU可以看成超小型的计算机，它内部集成了供电系统、单片机、驱动系统，是汽车里最小的控制模块。

图1 ECU结构 

        Can总线出现之前：

        Can总线出现之后：

        为了能让ECU之间进行通信，人们设计了CAN协议。将多个ECU挂载到CAN总线上，就可以组成局域网通讯，大大减少线束的长度。 

二、CAN总线是如何通讯的

        要进行CAN通讯，需要专门的CAN收发芯片。经过CAN收发器后，普通信号会被转化成差分信号（CAN HIGH和CAN LOW）。

图2 CAN收发器 

        如果发送低电平，它的两根线分别输出3.5V和1.5V，电压差为2V。这是显性电平，表示逻辑0。当发送高电平时，它的两根线输出都是2.5V，电压差是0V。这是隐性电平，表示逻辑1。

图3 显性电平和隐性电平

        同样的，CAN收发器也可以把接收到的差分信号转化为普通电平信号，然后再发给单片机。 

 三、差分信号的优势

        普通信号只有一根线，当某一点受到干扰，它的电平就会发生跳变，这样会导致传输出错，所以不能进行长距离传输。

        而CAN通讯采用的差分信号是两根线共同作用，而且是双绞线缠绕，即使受到干扰，也是两根线同时受到干扰，压差保持不变，这样就能保证传递的信息不受干扰。所以CAN信号可以传输的距离很长，可达1000米。

图4 差分信号

四、CAN通讯的传递信息

图5 数据帧组成

        我们可以将整个数据帧分成7个部分。

（1）帧起始

        起始位：逻辑位是0。

（2）仲裁域（标识符+RTR）

        仲裁域能判定这一帧报文的优先级，优先级数据帧>远程帧。同为数据帧，则根据id判断优先级。

        识别码（标识符）：11位，判断这一帧信息是发送给哪个设备的。设备的“身份证”，也代表了优先级。从左到右，最多连续出现7个1。

图6 识别码  

        RTR位：区分数据帧和远程请求帧；为1时表示远程请求帧，为0表示数据帧。 

（3）控制域（IDE+保留位+DLE）

        控制码：6位，控制数据帧长度。第一位为IDE，用于区分标准格式（0）和扩展格式（1）；第二位是空闲位；接下来是DLC，其数值决定数据码是多少字节。

        DLC有效值：0000-1000（8），1001、1011等等同于8 byte。

图7 控制码 

（4）数据域（0-64 bit）

        前4个域根据特定算法（发送方和接收方约定的算法）算出CRC序列的数值（15位），再与实际序列对比。

（5）CRC域

        CRC码： 16位，循环冗余校验位，确保数据的准确性。校验发出来的数据和实际收到的数据是否一致。若数据有问题，会重新发送一遍数据帧。

        CRC界定符：逻辑位为0，代表CRC发完了。 

（6）ACK域

        ACK槽：发送方发出的是隐形电平（逻辑1），ACK槽写成0代表收到的是对的；1代表没有正确接收。

（7）帧结束

        连续的7个1代表帧结束。