CAN總線的工作原理是什么，它的優點和缺點又是什么

CAN全稱為“ControllerAreaNetwork”，簡稱CAN，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。在當前的汽車產業中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開發出來。出于這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線構成的情況復雜、線束數量增加。為了適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN，進行大量數據的高速通信”的需求，1986年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN通信協議。此后，CAN通過IS011898及IS0 11519進行了標準化，在歐洲已是汽車網絡的標準協議，CAN的高性能和可靠性已被認同，并廣泛應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。

CAN總線的特點

1、CAN是一種多主總線，即每個節點機均可成為主機，他們之間都可進行通信。

2、硬件方面，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1mb/s。

3、CAN總線通信接口中集成了CAN協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、循環冗余校驗、優先級判別等項工作。

4、CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，改為從通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點是可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義211或229個不同的數據塊，這種數據塊編碼方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分步式控制中非常重要。

5、數據段長度最多為8個字節，可滿足通常工業領域中控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個字節不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。

6、CAN協議采用了crc檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN總線所具有的極高的可靠性和獨特設計，特別適合工業設各測控單元互連。工業界的地位不可小覷，并已公認為最有前途的現場總線之一。

CAN總線的工作原理

CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。

當CAN總線上的一個節點（站）發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，所有數據均進行了接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態；當它收到總線分配時，轉為發送報文狀態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處于接收狀態。每個處于接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。

由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進行配置。所以在CAN總線中加進一些新站非常便利且無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

CAN總線的優點：

1、高性能：具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點；

2、抗干擾：采用雙線串行通信方式，糾錯能力強，可在高噪聲多干擾環境中工作；

3、高集成：具有優先權和仲裁功能，可實現多個控制模塊通過CAN 控制器集合到CAN-bus 上，從而形成多主機局部網絡；

4、可控性：可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文；

5、驗證與糾錯：可靠的錯誤處理和檢錯機制；

6、修復能力：發送的信息遭到破壞后，可自動重發；

7、智能化：節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；

8、安全性：報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。

CAN總線缺點：1、可能出現的數據不一致性；2、可能出現的不可預估錯誤；3、信道堵塞情況。

CAN總線的應用

1.樓宇自動化，在樓宇自動化中，現代的建筑安裝系統（通風、照明、安全、監控）越來越多地建立在CAN總線系統上，通過其現實開關、按鈕、傳感器、照明設備、其他執行器和多控制系統之間的數據交換，實現建筑中各操作單元之間的協作，并對各單元不斷變化的狀態實時控制。

2.安全監控，在當前的各種監控系統中，普遍存在可靠性、實時性不高，分站缺乏統一規范等缺點，不能夠很好地滿足實時監控的要求。CAN總線由于具有高數據傳輸率、完善的規范和協議、高實時性、安全性、可靠性等，可很好解決上述各種問題。多應用如：水電站高邊坡監控系統、大型遠程高邊坡監控網絡、輥道陶瓷窖等監控系統。

3.汽車工業，在汽車工業領域，CAN被設計作為汽車環境中的微控制器通信，在車載各電子控制裝置ECU之間進行信息交換，并形成汽車電子控制網絡。如：汽車動力系統、制動控制系統、變速箱控制器、儀表、車載網絡、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。其應用使汽車的安全性、舒適性、動力性等性能更智能現代化?，F在CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面，CAN總線在當今自動化領域成長迅速、被譽為自動化領域的計算機局域網絡。它實現了分布式控制系統對象各節點之間進行實時、可靠的數據通信。

fqj