0 序
1 CAN總線-概述
1.0 簡介
- CAN是控制器局域網絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是一種能夠實現分佈式實時控制的串行通信網絡。
1.1 優點
- 傳輸速度高。傳輸速度最高到1Mbps，通信距離最遠到10km，無損位仲裁機制，多主結構。近些年來，CAN控制器價格越來越低。
- 低成本：ECUs通過單個CAN接口進行通信，佈線成本低。
- 高集成：CAN總線系統允許在所有ECUs上進行集中錯誤診斷和配置。
- 可靠性：該系統對子系統的故障和電磁干擾具有很強的魯棒性，是汽車控制系統的理想選擇。
- 高效率：可以通過id對消息進行優先級排序，以便最高優先級的id不被中斷。
- 靈活性：每個ECU包含一個用於CAN總線收發芯片，隨意添加CAN總線節點。
1.2 CAN總線網絡
- CAN總線網絡主要掛在CAN_H和CAN_L，各個節點通過這兩條線實現信號的串行差分傳輸.
- 爲了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。爲什麼是120Ω？因爲電纜的特性阻抗爲120Ω，爲了模擬無限遠的傳輸線。
1.3 CAN收發器
CAN收發器的作用是負責邏輯電平和信號電平之間的轉換。
即：從
CAN控制芯片輸出邏輯電平到CAN收發器；然後，經過CAN收發器【內部轉換】將邏輯電平轉換爲差分信號輸出到CAN總線上，CAN總線上的節點都可以決定自己是否需要總線上的數據。
具體的引腳定義如下：
1.4 CAN信號表示
CAN總線採用不歸零碼位填充技術。
也就是說，
CAN總線上的信號有兩種不同的信號狀態，分別是: 顯性的(Dominant)邏輯0和隱形的(recessive)邏輯1，信號每一次傳輸完後不需要返回到邏輯0(顯性)的電平。
- 顯性電平與隱性電平的解釋：
- CAN的數據總線有兩條，一條是黃色的
CAN_High,一條是綠色的CAN_Low。- 當沒有數據發送時，兩條線的電平一樣都爲2.5V，稱爲靜電平，也就是隱性電平。
- 當有信號發送時，
CAN_High的電平升高1V，即3.5V，CAN_Low的電平降低1V，即1.5V。
- 按照定義的：
CAN_H-CAN_L< 0.5V 時候爲隱性的，邏輯信號表現爲"邏輯1" - 高電平。CAN_H-CAN_L> 0.9V 時候爲顯性的，邏輯信號表現爲"邏輯0" - 低電平。
1.5 CAN信號傳輸
- 發送過程：CAN控制器將CPU傳來的信號轉換爲邏輯電平（即: 邏輯0-顯性電平 或者 邏輯1-隱性電平）。CAN收發器(發射器)接收邏輯電平之後，再將其轉換爲差分電平輸出到CAN總線上。
- 接收過程：CAN發射器(接收器)將
CAN_H和CAN_L線上傳來的差分電平轉換爲邏輯電平輸出到CAN控制器，CAN控制器再把該邏輯電平轉化爲相應的信號發送到CPU上。
1.6 CAN數據傳輸
- CAN總線傳輸的是CAN幀，CAN的通信幀分成5種，分別爲：
數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。 數據幀根據仲裁段長度的不同，而分爲：標準幀（2.0A）和擴展幀（2.0B）。
幀起始
- 由一個顯性位（低電平）組成，發送節點發送幀起始，其他節點同步於幀起始；
幀結束
- 由7個隱形位（高電平）組成。
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仲裁段
-
只要總線空閒，總線上任何節點都可以發送報文，如果有兩個或兩個以上的節點開始傳送報文，那麼就會存在總線訪問衝突的可能。但是CAN使用了標識符的逐位仲裁方法可以解決這個問題。
-
CAN總線控制器在發送數據的同時監控總線電平：
- 如果電平不同，則：停止發送並做其他處理。
- 如果該位位於仲裁段，則：退出總線競爭；
- 如果位於其他段，則：產生錯誤事件。
-
假設節點A、B和C都發送相同格式、相同類型的幀，如標準格式數據幀，它們競爭總線的過程是：
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-
幀ID越小，優先級越高。
- 由於數據幀的RTR位爲顯性電平，遠程幀爲隱性電平。所以，幀格式和幀ID相同的情況下，數據幀優先於遠程幀；由於標準幀的IDE位爲顯性電平，擴展幀的IDE位爲隱形電平，對於前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優先級比擴展幀高。
數據段
- 一個數據幀傳輸的數據量爲0~8個字節，這種短幀結構使得
CAN-bus實時性很高，非常適合汽車和工控應用場合下圖所示。
- 數據量小，發送和接收時間短，實時性高，被幹擾的概率小，抗干擾能力強。