CAN通讯方式--秉火STM32学习笔记

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CAN 协议简介
CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11519），是国际上应用
最广泛的现场总线之一。
CAN 总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN 为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939 协议。近年来，它具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。
CAN 特点

通信方式	数据通信方向	数据通信时序	通信速率	通信距离
串行通讯	半双工	异步通讯	高速1M/低速125Kbps	高速40m/低速1km

CAN 物理层
与I2C、SPI 等具有时钟信号的同步通讯方式不同，CAN 通讯并不是以时钟信号来进行同步的，它是一种异步通讯，只具有CAN_High 和CAN_Low 两条信号线，共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。
1. 闭环总线网络
CAN 物理层的形式主要有两种，图 42-1 中的CAN 通讯网络是一种遵循ISO11898 标准的高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为40m，通信速度最高为1Mbps，总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻。

2. 开环总线网络
下图是遵循ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为1km，最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2 千欧”的电阻。

3. 通讯节点
从CAN 通讯网络图可了解到，CAN 总线上可以挂载多个通讯节点，节点之间的信号经过总线传输，实现节点间通讯。由于CAN 通讯协议不对节点进行地址编码，而是对数据内容进行编码的，所以网络中的节点个数理论上不受限制，只要总线的负载足够即可，可以通过中继器增强负载。
CAN 通讯节点由一个CAN 控制器及CAN 收发器组成，控制器与收发器之间通过CAN_Tx 及CAN_Rx 信号线相连，收发器与CAN 总线之间使用CAN_High 及CAN_Low信号线相连。其中CAN_Tx 及CAN_Rx 使用普通的类似TTL 逻辑信号，而CAN_High 及CAN_Low 是一对差分信号线，使用比较特别的差分信号。
4. 差分信号
差分信号又称差模信号，与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别，使用差分信号传输时，需要两根信号线，这两个信号线的振幅相等，相位相反，通过两根信号线的电压差值来表示逻辑0 和逻辑1。见图 42-3，它使用了V+与V-信号的差值表达出了图下方的信号。

相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：

抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接
收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们
对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单
端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上
的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

由于差分信号线具有这些优点，所以在USB 协议、485 协议、以太网协议及CAN 协议的物理层中，都使用了差分信号传输。
5. CAN 协议中的差分信号
CAN 协议中对它使用的CAN_High 及CAN_Low 表示的差分信号做了规定，以高速CAN 协议为例。
当CAN_High 和CAN_Low线上的电压均为2.5v，即它们的电压差VH-VL=0V时，表示逻辑1 (隐性电平)；
当CAN_High 的电平为3.5V，CAN_Low 线的电平为1.5V，即它们的电压差为VH-VL=2V时，而表示逻辑0 (显性电平)。

在CAN 总线中，必须使它处于隐性电平(逻辑1)或显性电平(逻辑0)中的其中一个状态。假如有两个CAN 通讯节点，在同一时间，一个输出隐性电平，另一个输出显性电平，类似I2C 总线的“线与”特性将使它处于显性电平状态，显性电平的名字就是这样来的，即可以认为显性具有优先的意味。
由于CAN 总线协议的物理层只有1 对差分线，在一个时刻只能表示一个信号，所以对通讯节点来说，CAN 通讯是半双工的，收发数据需要分时进行。在CAN 的通讯网络中，因为共用总线，在整个网络中同一时刻只能有一个通讯节点发送信号，其余的节点在该时刻都只能接收。

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