CAN總線協議是什么？CAN總線協議有哪些?CAN總線協議知識分析

本文說的CAN即是一種總線，也是一種協議。因此，我們常聽見CAN總線，也常聽見CAN協議。

CAN協議和CANOpen協議是兩套不同的協議。從軟硬件層次來劃分，CAN協議屬于硬件協議，而CANOpen屬于軟件協議。

本篇文章先概述一下CAN網絡，讓大家對CAN總線協議有一個全局的概念，再到底層的CAN總線協議知識。

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CAN網絡

CAN網絡可以理解為多臺CAN設備連接在同一條CAN總線上組合成的網絡，其中的CAN設備我們稱之為節點。CAN網絡拓撲結構如下圖：

如上圖，一個CAN節點主要包含三類：MCU應用程序、CAN控制器、CAN收發器。

1.1 MCU應用程序

MCU應用程序我將其分為三塊：業務邏輯代碼、協議層代碼、底層驅動代碼。

A.業務邏輯代碼：是根據項目需求而定，也很好理解。比如我讀取一個傳感器數據，并對其做出相應邏輯處理。

B.協議層代碼：比如后續要講述的CANOpen。

C.底層驅動代碼：配置CAN總線相應參數、控制收發的代碼。

1.2 CAN控制器

CAN控制器內部結構還是挺復雜的，一般現在CAN控制器都是與處理器集成在一起。

其實對于編程的人來說，無非也就是包含一些控制、狀態、配置等寄存器。

比如我們看到有些STM32芯片帶有CAN，也就是說CAN控制器已經集成在STM32芯片中了，我們只需要編程操作其中的寄存器即可。

1.3 CAN收發器

CAN收發器：將CAN收發引腳（CAN_TX和CAN_RX）的TTL信號轉換成CAN總線的電平信號。

PS：你可以把CAN總線通信認為是UART通過485進行通信：CAN控制器就如UART的控制器，而CAN收發器就如485轉換芯片。

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ISO標準化的CAN協議

寫這一章節的主要目的就是想讓大家了解CAN總線位于OSI所在層次。

2.1 ISO/OSI基本參照模型

【注】

ISO：International Standardization Organization國際標準化組織；

OSI：Open Systems Interconnection開放式系統間互聯；

2.2 CAN在OSI模型中的定義

【注】

LLC：Logical Link Control邏輯鏈路控制；

MAC：Medium Access Control媒介訪問控制；

從上圖可以知道CAN總線底層硬件的內容（CAN控制器、收發器）主要位于OSI的第1層和第2層。

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概述CAN總線協議

CAN總線協議：就是為了保證通信（收發）數據在CAN總線上能穩定傳輸而制訂的一套協議。

CAN總線協議的內容很多，為方便初學者理解，本文先大概描述一下CAN總線協議，后續文章詳細講述CAN總線協議的內容。

3.1 總線信號

CAN總線為「兩線」「差分」信號，用隱形代表邏輯1，顯性代表邏輯0。如下圖：

3.2 優先級

假如某一時刻，一個設備（節點）往總線發0，一個設備往總線發1。那么總線會呈現什么現象？

答案：最后總線呈現為顯性，也就是0。

3.3 位時序

位時序邏輯將監視串行總線，執行采樣并調整采樣點，在調整采樣點時，需要在起始位邊沿進行同步并后續的邊沿進行再同步。

簡單的說就是對一個bit位分幾段進行采樣，目的就是提高數據傳輸穩定性。在STM32中底層驅動代碼就需要進行位時序編程，在STM32參考手冊中也會發現如下位時序圖：

3.4 幀的種類和格式

幀的種類有多種：

數據幀：用于發送單元向接收單元傳送數據的幀。

遙控幀：用于接收單元向具有相同 ID 的發送單元請求數據的幀。

錯誤幀：用于當檢測出錯誤時向其它單元通知錯誤的幀。

過載幀：用于接收單元通知其尚未做好接收準備的幀。

幀間隔：用于將數據幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀。

數據幀和遙控幀有標準格式和擴展格式兩種格式。標準格式有11個位的標識符ID，擴展格式有29個位的ID。

3.5 位填充

位填充是為防止突發錯誤而設定的功能。當同樣的電平持續 5 位時則添加一個位的反型數據。如下圖：

3.6 錯誤的種類