CAN總線定義：

CAN（Control Area Network）屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種高性能、高可靠性、易于開發(fā)和低成本的串行總線。

CAN是由德國Bosch公司在1986年為汽車監(jiān)測和控制而設計的。由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點，隨后也廣泛用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等多種領域，其在每個領域的廣泛使用促進了標準化的進程。

1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范V2.0，該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A曾在CAN技術(shù)規(guī)范1.2中定義的CAN報文格式，提供11位地址；而2.0B給出了標準和擴展的兩種報文格式，提供29位地址。此后ISO在1993年11月也正式發(fā)布了CAN的國際標準ISO11898。其中ISO11898-1定義了CAN數(shù)據(jù)鏈路層；ISO11898-2定義了非容錯CAN物理層；ISO11898-3定義了11898-3的容錯物理層。CAN總線協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，要將CAN總線應用于實際的工程項目和產(chǎn)品開發(fā)中必須制定上層應用協(xié)議。目前汽車上應用的協(xié)議有：ISO15675（傳輸層協(xié)議）、ISO14229（應用層協(xié)議）等。

CAN總線的特點

1、 多主控制方式。在總線空閑時，所有單元都可往總線上發(fā)送消息（多主控制）。最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)（采用CSMA/CA方式）。當多個單元同時發(fā)送時，CANID小的節(jié)點獲得發(fā)送權(quán)。

2、 非破壞性總線仲裁技術(shù)。當總線發(fā)生沖突時，高優(yōu)先級報文可以不受影響的進行傳輸，保證高優(yōu)先級的實時性要求；而低優(yōu)先級的報文退出傳輸。

3、 高可靠性。每幀都有位填充，CRC校驗等多種錯誤檢測，保證了極低的錯誤率；發(fā)送期間丟失仲裁或者由于錯誤而破壞了的數(shù)據(jù)幀可自動重發(fā)（這一點由CAN控制器自己重發(fā)，無需人為重新裝載發(fā)送數(shù)據(jù)）。

4、 自動關閉總線。CAN控制器可以檢測和判斷總線上的錯誤類型，是短暫的數(shù)據(jù)錯誤（如外部噪聲），還是持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動器故障、短路故障等）。當錯誤為持續(xù)性故障時，CAN控制器可自動關閉，脫離總線，以免影響總線上的其他節(jié)點正常通信。

CAN總線拓撲圖

CAN控制器根據(jù)兩根線上的電位差來判斷總線電平?？偩€電平分為顯性和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平變化，將消息發(fā)送給接收方。下圖1是一個CAN總線連接示意圖。

下圖1由兩個CAN網(wǎng)絡組成，其中一個網(wǎng)絡通信速率為500K，另外一個為125K。每個CAN網(wǎng)絡由CANH和CANL兩根線組成，各個節(jié)點（ABS、SAS、ETM、ECM）分別連接在CANH和CAHL上。在每個CAN網(wǎng)絡的頭尾分別連接了兩個終端電阻，終端電阻的大小為120歐姆。

下圖1左邊陰影部分是某個節(jié)點的內(nèi)部電路模塊，包含CPU、CAN控制器（CAN Controller，一般單片機都集成了CAN控制器模塊）以及CAN收發(fā)器（CAN transceiver）。其中CPU負責將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞給CAN控制器，以及接收從CAN控制器中解析的數(shù)據(jù)；CAN控制器將Rx腳的二進制的0/1轉(zhuǎn)換為具體的報文，然后將報文傳遞給CPU，以及將CPU需要發(fā)送的報文轉(zhuǎn)換為二進制0/1，然后通過Tx腳傳遞給CAN收發(fā)器。CAN控制器的主要功能是電平轉(zhuǎn)換，將CANH和CANL上的電平轉(zhuǎn)換為Rx腳上的0/1，將Tx腳上的0/1在CANH和CANL進行轉(zhuǎn)換。

圖1

信號電平

高速CAN，定義 當CANH 和 CANL 電壓相同（CANH = CANL = 2.5V）時為邏輯“1”，CANH和CANL 電壓相差 2V（CANH = 3.5V， CANL = 1.5V） 時為邏輯“0”。高速CAN收發(fā)器在共模電壓范圍內(nèi)（-12V ~ 12V），將CANH和CANL電壓相差大于 0.9V 解釋為顯性狀態(tài)（Dominant），而將CANH和CANL電壓相差小于 0.5V 解釋為為隱性狀態(tài)（Recessive）。

CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)，也就是說CAN總線上的信號有兩種不同的信號狀態(tài)，分別是顯性的（Dominant）邏輯0和隱形的（recessive）邏輯1，信號每一次傳輸完后不需要返回到邏輯0（顯性）的電平。

CAN信號傳輸

圖2 a

發(fā)送過程： CAN控制器將CPU傳來的報文轉(zhuǎn)換為邏輯電平（即邏輯0-顯性電平或者邏輯1-隱性電平）通過Tx腳傳遞給CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器接收邏輯電平之后，再將其轉(zhuǎn)換為差分電平輸出到CAN總線上。

圖2 b

接收過程： CAN收發(fā)器將CAN_H 和 CAN_L 線上傳來的差分電平轉(zhuǎn)換為邏輯電平輸出到CAN控制器的Rx腳，CAN控制器再把該邏輯電平轉(zhuǎn)化為相應報文發(fā)送到CPU上。

圖2 c
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