CAN总线（上）

CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线

CAN总线是由BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域

CAN总线特征：

• 两根通信线（CAN_H、CAN_L），线路少，无需共地
• 差分信号通信，抗干扰能力强
• 高速CAN（ISO11898）：125k~1Mbps, <40m
• 低速CAN（ISO11519）：10k~125kbps, <1km
• 异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定
• 半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序
• 11位/29位报文ID，用于区分消息功能，同时决定优先级
• 可配置1~8字节的有效载荷
• 可实现广播式和请求式两种传输方式
• 应答、CRC校验、位填充、位同步、错误处理等特性

CAN硬件电路 

1.  每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上
2. CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CAN_H和CAN_L分别与总线的CAN_H和CAN_L相连
3. 高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻（防止信号反射造成通信故障）
4. 低速CAN使用开环网络，CAN_H和CAN_L其中一端添加2.2kΩ的终端电阻

CAN总线采用差分信号，即两线电压差（VCAN_H-VCAN_L）传输数据位

高速CAN规定：   

闭环网络中120Ω的终端电阻像个弹簧，当CAN收发器中不施加其他电压时候，120Ω的终端电阻就会像个弹簧将CAN_H和CAN_L拉至相同电位，即电压差为0V，此时表示逻辑1。反之CAN收发器施加电压使CAN_H和CAN_L产生电压差，当电压差为2V时，表示逻辑0

•  电压差为0V时表示逻辑1（隐性电平）  
•  电压差为2V时表示逻辑0（显性电平）  

 低速CAN规定：   

• 电压差为-1.5V时表示逻辑1（隐性电平）
• 电压差为   3V 时表示逻辑0（显性电平）

CAN总线帧格式 

数据帧 

• SOF（Start of Frame）：帧起始，表示后面一段波形为传输的数据位
• ID（Identify）：标识符，区分功能，同时决定优先级
• RTR（Remote Transmission Request ）：远程请求位，区分数据帧和遥控帧
• IDE（Identifier Extension）：扩展标志位，区分标准格式和扩展格式
• SRR（Substitute Remote Request）：替代RTR，协议升级时留下的无意义位
• r0/r1（Reserve）：保留位，为后续协议升级留下空间
• DLC（Data Length Code）：数据长度，指示数据段有几个字节
• Data：数据段的1~8个字节有效数据
• CRC（Cyclic Redundancy Check）：循环冗余校验，校验数据是否正确
• ACK（Acknowledgement）：应答位，判断数据有没有被接收方接收
• CRC/ACK界定符：为应答位前后发送方和接收方释放总线留下时间
• EOF（End of Frame ）：帧结束，表示数据位已经传输完毕 

       标准格式中，SOF从1变0，表示开始，然后报11位身份证号，RTR确定是广播式（0）还是请求式（1），IDE表示此次是标准格式（0），r0是拓展位暂时没有用，因为CAN总线可以一次发送1~8位数据，DLC中4位表明这次发送几个数据，例如DLC = 1000 就是本次发送8个字节数据。然后Data数据段，CRC段是校验作用，ACK中会发送端会将电平置1，此时接收方会将ACK置0，表示我接收了，ACK界定符实际就是一种缓冲时间，然后EOF会置七个电位为 1 表示通讯结束。

       扩展格式中，变的只有报文ID变成29位，IDE 置1表示扩展格式，SRR 无意义，识别 ID后 后面部分和标准一样，只是原本的在标准格式后的 IDE 位变成 r1 拓展位。

遥控帧 

 遥控帧无数据段，RTR为隐性电平1，其他部分与数据帧相同

        实际就是数据帧适合频繁的设备，遥控帧适合不常用的设备，你需要数据时，先告诉我一声，我再使用数据帧发送给你，相比数据帧多了一步通知的步骤。

错误帧

总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现“位错误”或“填充错误”或“CRC错误”或“格式错误”或“应答错误” ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备 

错误帧可以叠加数据帧上，并且破坏数据帧数据 

前六位全置0表示主动错误标志（默认状态），前六位全置1表示被动错误标志（错误太频繁就会置被动错误状态，在这个状态下，不破坏别人数据，破坏自己数据，这样不影响其他设备）。 0~6位是因为可能多个设备发送错误帧叠加，

 过载帧

当接收方收到大量数据而无法处理时，其可以发出过载帧，延缓发送方的数据发送，以平衡总线负载，避免数据丢失

和错误帧类似，主要为了让设备知道发送频率太快了，

帧间隔 

将数据帧和远程帧与前面的帧分离开

位填充 

位填充规则：

发送方每发送5个相同电平后，自动追加一个相反电平的填充位，接收方检测到填充位时，会自动移除填充位，恢复原始数据

位填充作用：

• 增加波形的定时信息，利于接收方执行“再同步”，防止波形长时间无变化，导致接收方不能精确掌握数据采样时机
• 将正常数据流与“错误帧”和“过载帧”区分开，标志“错误帧”和“过载帧”的特异性
• 保持CAN总线在发送正常数据流时的活跃状态，防止被误认为总线空闲 

如 

即将发送：	100000110	10000011110	0111111111110
实际发送：	1000001110	1000001111100	011111011111010
实际接收：	1000001110	1000001111100	011111011111010
移除填充后：	100000110	10000011110	0111111111110

波形实例 

标准数据帧，报文ID为0x555，数据长度1字节，数据内容为0xAA

黄色数据是位填充

扩展数据帧，报文ID为0x0789ABCD，数据长度1字节，数据内容为0x56

 标准遥控帧，报文ID为0x088，数据长度1字节，无数据内容