SoC芯片的CAN總線基礎知識詳解(一）

CAN總線（Controller Area Network）是一種用于車輛、工業自動化和其他領域的高可靠性、實時性強的串行通信協議。它允許多個微控制器和設備在沒有主機計算機的情況下相互通信。

CAN總線最初由德國BOSCH公司在1980年代初期為汽車內部通信而開發。1993年，ISO發布了CAN總線標準（ISO 11898），包括數據鏈路層協議和物理層協議。

ISO 11898-1：定義數據鏈路層協議。

ISO 11898-2：定義高速CAN總線物理層協議，最高數據傳輸速率為1Mbps。推薦使用線形拓撲，適用于實時性要求高的場合。

ISO 11898-3：定義低速CAN總線物理層協議，數據傳輸速率在40Kbps到125Kbps之間。也稱為容錯CAN，能夠在一根信號線失效時繼續通信，適用于實時性要求較低的場合。

CAN總線特點：

多主控制：CAN總線支持多個主設備同時存在于網絡上，沒有主從之分，設備根據消息的優先級進行通信。

差分信號：使用兩根線（CAN_H和CAN_L）傳輸差分信號，提高了抗電磁干擾的能力。

非破壞性仲裁：在消息傳輸過程中，如果發生沖突，優先級高的消息將被傳輸，低優先級的消息將等待重傳。

錯誤檢測與處理：具有強大的錯誤檢測和處理能力，包括CRC校驗、位錯誤檢查等。

靈活的拓撲結構：支持多種網絡拓撲結構，如線形、星形、樹形和環形。

在CAN總線上，邏輯“0”和“1”之間顯著的電壓差是總線可靠通信的保證。參照上面的描述，CAN總線上兩種電平狀態分別為：

顯性（Dominant ）: 0

隱性（Recessive ）: 1

CAN總線的信號電平具有線與特性，線與特性是CAN總線仲裁的電路基礎，即顯性電平（0）總是會掩蓋隱性電平（1），如果不同節點同時發送顯性和隱性電平，總線上表現出顯性電平（0），只有在總線上所有節點發送的都是隱性電平（1）時，總線才表現為隱性。

顯性電平：邏輯0，高速CAN中CAN_H端向5V，CAN_L端向0V。

隱性電平：邏輯1，不驅動任何一端。

高速CAN和低速CAN總線在物理層信號電平上定義有所不同:

高速CAN，定義 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收發器在共模電壓范圍內（-12V ~ 12V），將CANH和CANL電壓相差大于0.9V 解釋為顯性狀態（Dominant），而將CANH和CANL電壓相差小于0.5V 解釋為為隱性狀態（Recessive）。收發器內部有遲滯電路可以降低干擾。

低速CAN，定義CANH和CANL電壓相差 5V （CANH =0V, CANL = 5V）時為邏輯“1”，相差 2.2V （CANH = 3.6V, CANL = 1.4V）時為邏輯“0”。

高速CAN信號電平（ ISO 11898-2）

低速CAN信號電平（ ISO 11898-3）

CAN的錯誤處理機制：

CRC錯誤：通過計算和校驗數據的CRC值來檢測錯誤。

位錯誤：在傳輸過程中實時檢測比特錯誤。

錯誤幀：當檢測到錯誤時，發送錯誤幀以請求重傳。

總結

CAN總線以其高可靠性、實時性和靈活性，在多個領域得到了廣泛應用。隨著技術的發展，CAN總線也在不斷演進，例如BOSCH發布的CAN FD（Flexible Data-Rate）標準，進一步提高了數據傳輸速率，滿足了更高帶寬需求的應用場景。

審核編輯：劉清