CAN總線定義與CAN協議的基本概念

1．CAN總線定義

CAN（Controller Area Network）是ISO國際標準化的串行通信協議。廣泛應用于汽車、船舶等。具有已經被大家認可的高性能和可靠性。

CAN控制器通過組成總線的2根線（CAN-H和CAN-L）的電位差來確定總線的電平，在任一時刻，總線上有2種電平：顯性電平和隱性電平。

“顯性”具有“優先”的意味，只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平，并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強）。

總線上執行邏輯上的線“與”時，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。

下圖顯示了一個典型的CAN拓撲連接圖。

連接在總線上的所有單元都能夠發送信息，如果有超過一個單元在同一時刻發送信息，有最高優先級的單元獲得發送的資格，所有其它單元執行接收操作。

2．CAN總線的特點

CAN總線協議具有下面的特點：

1) 多主控制

當總線空閑時，連接到總線上的所有單元都可以啟動發送信息，這就是所謂的多主控制的概念。

先占有總線的設備獲得在總線上進行發送信息的資格。這就是所謂的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法

如果多個設備同時開始發送信息，那么發送最高優先級ID消息的設備獲得發送資格。

2) 信息的發送

在CAN協議中，所有發送的信息要滿足預先定義的格式。當總線沒有被占用的時候，連接在總線上的任何設備都能起動新信息的傳輸，如果兩個或更多個設備在同時刻啟動信息的傳輸，通過ID來決定優先級。ID并不是指明信息發送的目的地，而是指示信息的優先級。如果2個或者更多的設備在同一時刻啟動信息的傳輸，在總線上按照信息所包含的ID的每一位來競爭，贏得競爭的設備（也就是具有最高優先級的信息）能夠繼續發送，而失敗者則立刻停止發送并進入接收操作。因為總線上同一時刻只可能有一個發送者，而其它均處于接收狀態，所以，并不需要在底層協議中定義地址的概念。

3) 系統的靈活性

連接到總線上的單元并沒有類似地址這樣的標識，所以，添加或去除一個設備，無需改變軟件和硬件，或其它設備的應用層軟件。

4) 通信速度

可以設置任何通訊速度，以適應網絡規模。

對一個網絡，所有單元必須有相同的通訊速度，如果不同，就會產生錯誤，并妨礙網絡通訊，然而，不同網絡間可以有不同的通訊速度。

5) 遠程數據請求

可以通過發送“遙控幀”，請求其他單元發送數據。

6) 錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復功能

所有單元均可以檢測出錯誤（錯誤檢測功能）。

檢測到錯誤的單元立刻同時通知其它所有的單元（錯誤通知功能）。如果一個單元發送信息時檢測到一個錯誤，它會強制終止信息傳輸，并通知其它所有設備發生了錯誤，然后它會重傳直到信息正常傳輸出去（錯誤恢復功能）。

7) 錯誤隔離

在CAN總線上有兩種類型的錯誤：暫時性的錯誤（總線上的數據由于受到噪聲的影響而暫時出錯）；持續性的錯誤（由于設備內部出錯（如驅動器壞了、連接有問題等）而導致的）。CAN能夠區別這兩種類型，一方面降低常出錯單元的通訊優先級以阻止對其它正常設備的影響，另一方面，如果是一種持續性的錯誤，將這個設備從總線上隔離開。

8) 連接

CAN總線允許多個設備同時連接到總線上且在邏輯上沒有數目上的限制。然而由于延遲和負載能力的限制，實際可連接得設備還是有限制的，可以通過降低通訊速度來增加連接的設備個數。相反，如果連接的設備少，通訊的速度可以增加。