CAN bus 基础知识

CAN简介

        CAN[Control（Controller） Area Network]是控制(器)局域网的简称

        它是德国Ｂｏｓｃｈ公司在１９８６年为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的

数据交换而开发的一种串行数据通信总线。

        现已被列入ISO 国际标准，称为ISO11898

        CAN最初是为汽车的监测、控制系统而设计的，现已在航天、电力、石化、冶金、

纺织、造纸、仓储等行业广泛采用。在火车、轮船、机器人、楼宇自控、医疗器械、数控机

床、智能传感器、过程自动化仪表等自控设备中，都广泛采用CAN技术

CAN的主要技术特点

        CAN网络上的节点不分主从，任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发

送信息，通信方式灵活，利用这一特点可方便地构成多机备份系统

         CAN网络上的节点信息具有不同的优先级，可满足对实时性的不同要求，高优先级

的数据最多可在134微秒内得到传输

        CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低

的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总

线冲突的仲裁时间。

        CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接

收数据，无需专门的"调度"

        CAN的直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps(此

时通信距离最长为40m）。

        CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个；报文标识符可达2032种

（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制

        采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有良好的检错效果。 。

CAN节点中均有错误检测、标定和自检能力。检错的措施包括：发送自检、循环冗余校验、

位填充和报文格式检查等。保证了低出错率。

CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响

。

        CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

        CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接到总线驱动器。这样

可降低系统功耗。其睡眠状态可借助总线激活或者系统的内部条件被唤醒。

CAN在汽车电子系统中得到广泛应用

        现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机控制、注油控制，加速、刹车控

制（ASC）及复杂的防死锁刹车系统（ABS）等。

        汽车内部所具有的控制器、执行器、监测仪器、传感器的数量很多，按模拟系统的

接线方式，一个传统车辆的典型连线束展开后，其长度约为1600多米，有将近300个接头

        这些控制需检测及交换大量数据，因而引入CAN通信技术，组成汽车内部网络，以

适应控制与数据通信的需要。

        世界上一些著名汽车制造厂商如BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）

ROLLS-ROYCE（罗斯莱斯）JAGUAR（美洲豹）等都已开始采用CAN总线来实现汽车内部控制系

统与各检测和执行机构间的数据通信。

        基于CAN总线的数据通信与网络技术在汽车行业有良好的应用前景

汽车内部网络的构成

        汽车内部网络由一系列称之为ECU（电控单元）的不同功能部件作为网络节点而构

成的。

        可分为动力、照明、操作、显示、安全、娱乐等多个子系统。

        Motorola公司提出的基于CAN的汽车内部网络的解决方案。

        动力系统采用传输速率大于250kbps的CAN网段，车身电子系统采用传输速率不小于

125kbps的低速CAN网段，两个子网之间通过中央模块实现互连。

汽车内部网络的解决方案 （ Motorola ）

 CAN通信技术

        CAN的通信参考模型

         CAN的通信模型的分层结构

        数据链路层

        包括逻辑链路控制子层LLC

        LLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报

文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息

        媒体访问控制子层MAC）

        MAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故

障界定

        物理层

        物理层规定了节点的全部电气特性

CAN节点网络的连接

CAN总线的显位与隐位

        显位(0)

        VCANH： 3.5v

        VCANL 1 1.5v

        隐位(1)

        VCANH 2.5v

        VCANL 2.5v

CAN的帧类型

        4种不同类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧或超载帧

        数据帧携带数据由发送器至接收器

        远程帧用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数据帧

        出错帧由检测出总线错误的单元发送

        超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟

CAN的帧结构

        数据帧由7个不同的位场（域）组成：

        帧起始（1个显位），标志帧的起始

        仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束（7个隐位）。

        数据场长度可为零 。

CAN数据帧的组成

CAN2.0A 与CAN2.0B

        CAN2.0A：

        标识符的长度为11位，这些位从高位到低位的顺序发送，最低位为ID.0，其中最高

7位（ID.10－ID.4）不能全为隐位。

        远程发送请求位（RTR）在数据帧中必须是显位，而在远程帧中必须为隐位

        仲裁场由11位标识符和远程发送请求位RTR组成。

        CAN 2.0B：

        存在两种不同的帧格式，具有11位标识符的标准帧，29位标识符的扩展帧

        标准帧与CAN2.0A相同

        扩展帧的仲裁场由29位标识符和替代远程请求SRR位、标识位和远程发送请求位组

成，标识符位为ID.28至ID.0。

CAN数据帧的组成

远程帧

        远程帧由6个场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧

不存在数据场。

        远程帧的RTR位必须是隐位。

        DLC的数据值是独立的，它可以是0～8中的任何数值，为对应数据帧的数据长度。

出错帧

        出错帧由两个不同场组成，第一个场由来自各站的错误标志叠加得到，第二个场是

出错界定符

        错误标志具有两种形式：

        活动错误标志(Active error flag)，由6个连续的显位组成

        认可错误标志(Passive error flag)，由6个连续的隐位组成

        出错界定符包括8个隐位

超载帧

        超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符

        发送超载帧的超载条件：

        要求延迟下一个数据帧或远程帧

        在间歇场检测到显位

        超载标志由6个显位组成

        超载界定符由8个隐位组成