簡介

??CAN 是 Controller Area Network 的縮寫，即 控制器局域網(wǎng)絡(luò)。通常稱為 CAN BUS，即 CAN 總線。可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇，是目前國際上應(yīng)用最為廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。CAN是一個用于連接電子控制單元（ECU）的多主機(jī)串行總線標(biāo)準(zhǔn)。
??CAN 建立在基于信息導(dǎo)向傳輸協(xié)定的廣播機(jī)制（Broadcast Communication Mechanism）上，屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國 BOSCH 公司為了解決當(dāng)時汽車控制系統(tǒng)的需求而開發(fā)的。下圖顯示了一個典型的 CAN 在汽車網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

總線結(jié)構(gòu)

??CAN 總線是一種廣播類型的總線。 這意味著所有節(jié)點(diǎn)都可以“聽到”所有傳輸。 無法僅向特定節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息；所有節(jié)點(diǎn)都會不可避免地接收所有流量。 但是，CAN 硬件提供本地過濾，因此每個節(jié)點(diǎn)只能對有趣的消息做出反應(yīng)。CAN網(wǎng)絡(luò)上需要至少兩個節(jié)點(diǎn)才可進(jìn)行通信。
??ISO 國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 11898-2 和 ISO 11898-3 分別規(guī)定了兩種 CAN 總線結(jié)構(gòu)（在 BOSCH CAN2.0 規(guī)范中，并沒有關(guān)于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明）。其中：

• ISO 11898-2 定義了通信速率為 125 kbps～1 Mbps 的高速 CAN 通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于閉環(huán)總線，傳輸速率可達(dá)1Mbps，總線長度 ≤ 40米。
  
• ISO 11898-3 定義了通信速率為 10～125 kbps 的低速 CAN 通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于開環(huán)總線，傳輸速率為 40kbps 時，總線長度可達(dá)1000米。
  
  它使用線性主線，星形主線或者連接到一個線性主線上的多星結(jié)構(gòu)主線 。上圖僅僅是一種最簡化的結(jié)構(gòu)。實(shí)際如下：
  

物理電平

??在 CAN總 線上，利用 CAN_H 和 CAN_L 兩根線上的電位差來表示 CAN 信號。CAN 總線上的電位差分為 顯性電平（Dominant Voltage） 和 隱性電平（Recessive Voltage） 。其中顯性電平為邏輯 0，隱性電平為邏輯 1。模塊以線與的方式連接到總線：如果只有一個節(jié)點(diǎn)將總線驅(qū)動到邏輯0，則整個總線處于該狀態(tài)，而不管發(fā)送邏輯1的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

• 高速 CAN 總線在傳輸顯性（0）信號時，會將 CAN_H 端抬向 5V 高電平，將 CAN_L 拉向 0V 低電平。當(dāng)傳輸隱性（1）信號時，并不會驅(qū)動 CAN_H 或者 CAN_L 端。 顯性信號 CAN_H 和 CAN_L 兩端差分標(biāo)稱電壓為 2V。 終端電阻在沒有驅(qū)動時，將差分標(biāo)稱電壓降回 0V。顯性信號（0）的共模電壓需要在 1.5V 到 3.5V 之間。隱性信號（1）的共模電壓需要在 +/-12V。
  
• 低速/容錯CAN信號在傳輸顯性信號（0）時，驅(qū)動CANH端抬向5V，將CANL端降向0V。在傳輸隱性信號（1）時并不驅(qū)動CAN 總線的任何一端。在電源電壓Vcc為5V時，顯性信號差分電壓需要大于2.3V，隱性信號的差分電壓需要小于0.6V。CAN總線兩端未被驅(qū)動時，終端電阻使CANL端回歸到RTH電壓（當(dāng)電源電壓Vcc為5V時，RTH電壓至少為Vcc-0.3V=4.7V），同時使CANH端回歸至RTL電壓（RTL電壓最大為0.3V）。兩根線需要能夠承受-27V至40V的電壓而不被損壞。
  
  ??在高速和低速CAN中,從隱性信號向顯性信號過渡的速度更快，因?yàn)榇藭rCAN線纜被主動積極地驅(qū)動。顯性向隱性的過渡速度主要取決于CAN網(wǎng)絡(luò)的長度和導(dǎo)線的電容。

??CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)（NRZ），發(fā)送器只要檢測到位流里有5個連續(xù)相同值的位，便自動在位流里插入補(bǔ)充位。

通信幀

獨(dú)立文章說明！

歷史

??在 CAN 總線出現(xiàn)以前，汽車 ECU 依靠越來越復(fù)雜的點(diǎn)對點(diǎn)布線。上世紀(jì) 80 年代初，BOSCH 的工程師們對現(xiàn)有的串行總線系統(tǒng)進(jìn)行了評估，以確定它們在汽車上的可能的用途。由于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都不能滿足汽車工程師的要求，Uwe Kiencke 于 1983 年開始開發(fā)新的串行總線系統(tǒng)。當(dāng)時聘請的顧問之一是來自于德國 Braunschweig-Wolfenbüttel 的 Applied Science 大學(xué)的 Wolfhard Lawrenz 教授。Wolfhard Lawrenz 教授給出了新網(wǎng)絡(luò)方案的名字 “Controller Area Network”，簡稱 CAN。來自 Karlsruhe 大學(xué)的教授 Horst Wettstein 博士也提供了理論支持。

• 1983年：BOSCH 公司內(nèi)部啟動了一個項(xiàng)目，以研究一個車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。

• 1986 年 2 月：在密歇根州底特律舉辦的汽車工程師協(xié)會（SAE）會議上，Bosch 公司公布了 CAN 總線協(xié)議作為汽車電子解決方案。

• 1987 年：由英特爾和飛利浦生產(chǎn)的第一批 CAN 控制器芯片上市。英特爾首先發(fā)布了 82526（手冊見附錄），這是第一款 CAN 總線的硬件實(shí)現(xiàn)。不久后飛利浦發(fā)布了 82C200（手冊見附錄）。后來，英特爾還發(fā)布了 82527（手冊見附錄）.

  （1）1991年發(fā)布的梅賽德斯-奔馳 W140 是第一款采用基于CAN 的多路布線系統(tǒng)的量產(chǎn)車。
  （2）2006 年飛利浦將半導(dǎo)體公司恩智浦獨(dú)立出去了，現(xiàn)在說到半導(dǎo)體相關(guān)的業(yè)務(wù)都來自于恩智浦。

• 1991年：Bosch 公司發(fā)布了 CAN2.0。該規(guī)范由 A 和 B 兩部分組成。A 部分用于標(biāo)準(zhǔn)格式，帶有 11 位標(biāo)識符；B 部分用于帶有 29 位標(biāo)識符的擴(kuò)展格式。使用 11 位標(biāo)識符的 CAN 設(shè)備通常稱為 CAN 2.0A，使用 29 位標(biāo)識符的 CAN 設(shè)備通常稱為 CAN 2.0B。

• 1992 年：CAN in Automation（CiA）協(xié)會成立。同年，CiA 發(fā)布了 CAN Application Layer (CAL) 協(xié)議

• 1993 年 11 月：在1990 年早些時候，Bosch CAN 規(guī)范（CAN 2.0 版）被提交給國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。CAN 總線被列入國際標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布了 ISO 11898 和 ISO 11519。

  • ISO 11898 是通信速度為 5kbps-1Mbps的 CAN 高速通信標(biāo)準(zhǔn)。高速CAN網(wǎng)絡(luò)在每個網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)端接一個120歐姆的電阻。
  • ISO 11519 是通信速度為 125kbps以下的 CAN 低速通信標(biāo)準(zhǔn)，也就是容錯CAN（LSFT CAN）。提供從5 Kbit/s到125 Kbits/s的波特率。該標(biāo)準(zhǔn)允許在CAN總線連線失敗時CAN總線通信得以繼續(xù)進(jìn)行。

  由于終端的類型不同，因此高速和低速/容錯CAN設(shè)備不能在同一個網(wǎng)絡(luò)中使用。

• 1994 年：CiA 組織了 第一屆國際 CAN 會議（iCC）。同年，美國汽車工程師協(xié)會以 CAN 為基礎(chǔ)制定了 SAEJ1939 標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。

• 1995 年：ISO 11898 修正案（擴(kuò)展框架格式）發(fā)布。同年，CiA 出版 CiA 301 CANopen 協(xié)議

• 2003 年：ISO 將原先的 ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈路和高速物理層的標(biāo)準(zhǔn)分離為 ISO 11898-1 和 ISO 11898-2 兩部分

• 2006 年：ISO 11898-3（低功耗，低速物理層）發(fā)布

• 2007 年：ISO 11898-5（低功耗，高速物理層）發(fā)布

• 2012 年：Bosch 公司發(fā)布了 CAN FD 1.0

• 2013 年：ISO 11898-6（具有選擇性喚醒功能的物理層）發(fā)布

• 2015 年：ISO 11898-1（經(jīng)典CAN和CAN FD）評審稿發(fā)布

• 今天：幾乎每一輛汽車都有 CAN 總線系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于卡車、公共汽車、工業(yè)車輛、船舶、飛機(jī)和工業(yè)自動化。

特點(diǎn)

可以以多主的方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。

可以點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實(shí)時要求

采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)

廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，取而代之的是對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊，這種數(shù)據(jù)塊編碼方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要。

直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率4Kbps以下)，通信速率最高可達(dá)1MB/s(此時距離最長40m)

節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)110個

采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個

每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯措施，數(shù)據(jù)錯誤率極低

通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光纖，一般采用廉價的雙絞線即可

節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響

參考

History of CAN technology

CAN bus - Wikipedia

http://home.eeworld.com.cn/my/space-uid-469267-blogid-224148.html

https://www.edaboard.com/showthread.php?217912-Difference-between-CAN1-0-and-CAN-2-0

CAN FD協(xié)議介紹

附件

Intel 82526 / Philips 82C200 / Intel 82527 數(shù)據(jù)手冊

Bosch CAN 2.0 和 CAN FD

ISO 11898 集合

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CAN 总线 之一 总线拓扑、物理电平、发展史 详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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