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l 什么是CAN(控制器局域網(wǎng)） 控制器局域網(wǎng) (Controller Area Network，簡(jiǎn)稱(chēng)CAN或者CAN bus) 是一種功能豐富的車(chē)用總線(xiàn)標準。被設計用于在不需要主機（Host）的情況下，允許網(wǎng)絡(luò )上的單片機和儀器相互通信。 它基于消息傳遞協(xié)議，設計之初在車(chē)輛上采用復用通信線(xiàn)纜，以降低銅線(xiàn)使用量，后來(lái)也被其他行業(yè)所使用。CAN創(chuàng )建在基于信息導向傳輸協(xié)定的廣播機制（Broadcast Communication Mechanism）上。其根據信息的內容，利用信息標志符（Message Identifier，每個(gè)標志符在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中獨一無(wú)二）來(lái)定義內容和消息的優(yōu)先順序進(jìn)行傳遞，而并非指派特定站點(diǎn)地址（Station Address）的方式。因此，CAN擁有了良好的彈性調整能力，可以在現有網(wǎng)絡(luò )中增加節點(diǎn)而不用在軟、硬件上做出調整。除此之外，消息的傳遞不基于特殊種類(lèi)的節點(diǎn)，增加了升級網(wǎng)絡(luò )的便利性。 l 優(yōu)勢及特點(diǎn) 特點(diǎn)： (1) CAN是一個(gè)用于連接電子控制單元（ECU）的多主機串行總線(xiàn)標準。電子控制單元有時(shí)也被稱(chēng)作節點(diǎn)。CAN網(wǎng)絡(luò )上需要至少兩個(gè)節點(diǎn)才可進(jìn)行通信。節點(diǎn)的復雜程度可以只是簡(jiǎn)單的輸入輸出設備，也可以是包含有CAN交互器并搭載了軟件的嵌入式組件。所有節點(diǎn)通過(guò)兩根平行的總線(xiàn)連接在一起。兩條電線(xiàn)組成一條雙絞線(xiàn)，并且接有120Ω的特性抗。 (2) 數據通信沒(méi)有主從之分，任意一個(gè)節點(diǎn)可以向任何其他（一個(gè)或多個(gè)）節點(diǎn)發(fā)起數據通信，靠各個(gè)節點(diǎn)信息優(yōu)先級先后順序來(lái)決定通信次序。 (3) 多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信時(shí)，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會(huì )對通信線(xiàn)路造成擁塞。 (4) 通信距離最遠可達10KM(速率低于5Kbps)速率可達到1Mbps(通信距離小于40M）。 (5) CAN總線(xiàn)傳輸介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)，同軸電纜，CAN總線(xiàn)適用于大數據量短距離通信或者長(cháng)距離小數據量，實(shí)時(shí)性要求比較高，多主多從或者各個(gè)節點(diǎn)平等的現場(chǎng)中使用。 優(yōu)勢： (1) 可在各節點(diǎn)之間實(shí)現自由通信：CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制，數據塊的標識符可由11位或29位二進(jìn)制數組成，因此可以定義2或2個(gè)以上不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。 (2) 結構簡(jiǎn)單：只有2根線(xiàn)與外部相連，并且內部集成了錯誤探測和管理模塊。 (3) 數據糾錯：采用雙線(xiàn)串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作，每幀數據都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適于在高干擾環(huán)境下使用。 (4) 完成對通信數據的成幀處理：CAN總線(xiàn)通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 (5) 節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，切斷它與總線(xiàn)的聯(lián)系，以使總線(xiàn)上其他操作不受影響，可以點(diǎn)對點(diǎn)，一對多及廣播集中方式傳送和接受數據。 l CAN總線(xiàn)的數據格式與基本工作原理 數據格式： (1) CAN-bus通信幀共分為數據幀、遠程幀、錯誤幀、過(guò)載幀和幀間隔。 (2) 數據幀：結構上由7個(gè)段組成，其中根據仲裁段ID碼長(cháng)度的不同，分為標準幀（CAN2.0A）和擴展幀（CAN2.0B）結構上由7個(gè)段組成，其中根據仲裁段ID碼長(cháng)度的不同，分為標準幀（CAN2.0A）和擴展幀（CAN2.0B）。標準幀為11位，擴展幀為29位。這也是我們在使用中接觸最多的格式。 (3) 遠程幀：與數據幀相比沒(méi)有數據段，結構上由7個(gè)段組成。當你需要總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)向你發(fā)送數據，使用次節點(diǎn)的ID,發(fā)送一幀遠程幀。 (4) 錯誤幀：雖然CAN總線(xiàn)是可靠性很高的總線(xiàn)，但是依然會(huì )出錯：CAN總線(xiàn)上會(huì )出現5種錯誤。 (5) 過(guò)載幀和幀間隔：過(guò)載幀:當某個(gè)節點(diǎn)沒(méi)有做好接收下幀數據將發(fā)送過(guò)載幀通知節點(diǎn)。幀間隔：只存在于數據幀與遠程幀之間，用于幀之間的分離。 基本工作原理： 跟其他總線(xiàn)一樣，CAN總線(xiàn)的通信也是通過(guò)一種類(lèi)似于“會(huì )議” 的機制實(shí)現的，只不過(guò)會(huì )議的過(guò)程并不是由一方（節點(diǎn)）主導，而 是，每一個(gè)會(huì )議參加人員都可以自由的提出會(huì )議議題（多主通信模式），二者對應關(guān)系如下： l 仲裁與優(yōu)先級 假設節點(diǎn)A、B和C都發(fā)送相同格式相同類(lèi)型的幀，如標準格式數據幀，它們競爭總線(xiàn)的過(guò)程是 結論：從該分析過(guò)程得出結論是：幀ID值越小，優(yōu)先級越高，對于同為擴展格式數據幀、標準格式遠程幀和擴展格式遠程幀的情況同理。 l CAN總線(xiàn)上的電平 CAN2.0A/B標準規定:總線(xiàn)空閑：CAN_H和CAN_L上的電壓為2.5V 傳輸數據： 顯性電平（邏輯 0）：CAN_H 3.5V，CAN_L 1.5V 隱性電平（邏輯 1）：CAN_H 2.5V，CAN_L 2.5V CAN收發(fā)器： 照BOSCH CAN總線(xiàn)標準將0或1邏輯信號轉換為標準中規定的電平，同時(shí)有反饋功能。 CAN總線(xiàn)的硬件抗干擾：(1) 在電路中增加共模電感。(2) 使用更高精度的電阻。注意：并不是每個(gè)節點(diǎn)都需要增加電阻,只需要在總線(xiàn)相聚最遠的兩個(gè)節點(diǎn)使用電阻即可。 電阻也不是固定的120歐姆，根據導線(xiàn)的材質(zhì)有關(guān)。 l CAN總線(xiàn)負載率計算 計算例子： 假設CAN總線(xiàn)波特率為250Kbit/s，總線(xiàn)報文發(fā)送時(shí)間間隔為10ms， 報文為數據幀（8個(gè)字節數據），那么10ms內總線(xiàn)能夠支持的最大報文數量為多少？ 第一步：根據通信波特率計算10ms總共可以發(fā)送多少bit (250000/1000)*10 = 2500bit 第二步：計算最長(cháng)的一幀報文有多少個(gè)bit 1sof + 29id + 1ide + 1rtr + 1srr + 2r + 4dlc + 8*8data + 16crc + 2ack + 7eof = 128bit 第三步：計算10ms內可以支持的報文數目 2500/128 ≈ 19 結論: 由上面的計算可知，當10ms間隔的報文數量超過(guò)19條時(shí)，就會(huì )出現丟幀，總線(xiàn)飽和。計算報文數量也是設計CAN網(wǎng)絡(luò )所要考慮的，可以查閱相關(guān)文獻看負載率在多少時(shí)合適！ |
