CAN总线协议以及概念

1 CAN总线概念

CAN总线有两个ISO国际标准：ISO11898 和 ISO11519。其中：

•ISO11898 定义了通信速率为 125 kbps～1 Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度 ≤ 40米。

•ISO11519 定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。

•在CAN总线上，利用CAN_H和CAN_L两根线上的电位差来表示CAN信号。CAN总线上的电位差分为显性电平和隐性电平。其中显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1。

CAN信号的表示分别如下所示：

•发送过程：CAN控制器将CPU传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑0-显性电平或者逻辑1-隐性电平）。CAN发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到CAN总线上。

•接收过程： CAN接收器将CAN_H 和 CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到CAN控制器，CAN控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到CPU上。

2 CAN通信的特点

多主工作方式：

•所谓多主工作方式，指的是：总线上的所有节点没有主从之分，在总线空闲状态，任意节点都可以向总线上发送消息。

•<总线空闲状态>：当总线上的上出现连续的11位隐性电平，那么总线就处于空闲状态。也就是说对于任意一个节点而言，只要它监听到总线上连续出现了11位隐性电平，那么该节点就会认为总线当前处于空闲状态，它就会立即向总线上发送自己的报文。

•在多主工作方式下：最先向总线发送消息的节点获得总线的发送权；当多个节点同时向总线发送消息时，所发送消息的优先权高的那个节点获得总线的发送权。例如：Node_A和Node_B同时向总线发送各自的消息Msg_1和Msg_2，如果Msg_1的优先级比Msg_2高，那么Node_A就获得了总线的发送权。

•非破坏性位仲裁机制：

•在CAN协议中，所有的消息都以固定的帧格式发送。当多个节点同时向总线发送消息时，对各个消息的标识符（即ID号）进行逐位仲裁，如果某个节点发送的消息仲裁获胜，那么这个节点将获取总线的发送权，仲裁失败的节点则立即停止发送并转变为监听（接收）状态。例如：Node_A和Node_B同时向总线发送各自的消息Msg_1和Msg_2，那么对Msg_1的ID号ID_1和Msg_2的ID号ID_2进行逐位仲裁，如果仲裁结果是：ID_1的优先级比ID_2高，那么Msg_1在仲裁中获胜，于是发出Msg_1这条报文的节点Node_A就获得了总线的发送权。同时，Msg_2在仲裁中失败，于是Node_B就转换到监听总线电平的状态。这种仲裁机制既不会造成已发送数据的延迟，也不会破坏已经发送的数据，所以称为非破坏性仲裁机制。

•系统的柔性：

•CAN总线上的节点没有“地址”的概念，因此在总线上增加节点时，不会对总线上已有节点的软硬件及应用层造成影响。

•通信速度：

• 通信速度在同一条CAN线上，所有节点的通信速度（位速率）必须相同，如果两条不同通信速度总线上的节点想要实现信息交互，必须通过网关。例如：汽车上一般有两条CAN总线：500kbps的驱动系统CAN总线和125kbps的舒适系统CAN总线，如果驱动系统CAN总线上的发动机节点要把自己的转速信息发送给舒适系统CAN总线上的转速表节点，那么这两条总线必须通过网关相连。

3 CAN通信网络结构

•实际上，CAN总线网络底层只采用了OSI基本参照模型中的数据链路层、传输层。而在CAN网络高层仅采用了OSI基本参照模型的应用层 .

4 CAN 报文协议

•在CAN协议中，ISO标准只对数据链路层和物理层做了规定。对于数据链路层和物理层的一部分，ISO11898和ISO11519-2的规定是相同，但是在物理层的PMD子层和MDI子层是不同的。

5 CAN总线的结构应用

高速CAN和低速CAN通信需要通过网关进行转换。

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