一、概述

　　CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，通常稱(chēng)為CAN bus，即CAN總線(xiàn)，是目前國際上應用最廣泛的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)之一。
　　CAN 最初出現在汽車(chē)工業(yè)中，80年代由德國B(niǎo)osch公司最先提出。最初動(dòng)機是為了解決現代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線(xiàn)。
　　與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，它在汽車(chē)領(lǐng)域上的應用最為廣泛，世界上一些著(zhù)名的汽車(chē)制造廠(chǎng)商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、volkswagen (大眾)等都采用了CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現汽車(chē)內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。

二、工作原理

　　CAN總線(xiàn)標準包括物理層、數據鏈路層，其中鏈路層定義了不同的信息類(lèi)型、總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的仲裁規則及故障檢測與故障處理的方式。
　　當CAN 總線(xiàn)上的一個(gè)節點(diǎn)(站)發(fā)送數據時(shí)，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)。
　　每組報文開(kāi)頭的11位字符為標識符(CAN2.0A)，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱(chēng)為面向內容的編址方案。
　　當一個(gè)節點(diǎn)要向其它節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)，該節點(diǎn)的CPU 將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本節點(diǎn)的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線(xiàn)分配時(shí)，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。

三、特點(diǎn)

　　CAN總線(xiàn)是一種串行數據通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)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(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。
　　CAN總線(xiàn)特點(diǎn)如下：
　?。?）多主機方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任意一個(gè)節點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
　?。?）網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級，可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求。  
　?。?）采用非破壞性位仲裁總線(xiàn)結構機制，當兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續傳輸數據。
　?。?） 可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數據。
　?。?）直接通信距離最遠可達6km（速率10Kbps以下）。
　?。?）通信速率最高可達1MB/s（此時(shí)距離最長(cháng)30m）。
　?。?）節點(diǎn)數實(shí)際可達110個(gè)。
　?。?）采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個(gè)。
　?。?）每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，數據出錯率極低。
　?。?0）通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線(xiàn)即可，無(wú)特殊要求。
　?。?1）節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，切斷它與總線(xiàn)的聯(lián)系，以使總線(xiàn)上的其他操作不受影響。

四、CAN總線(xiàn)報文及結構

　　標準幀  11位標識符
　　擴展幀  29位標識符
　　幀類(lèi)型  數據幀、遠程幀、錯誤幀和過(guò)載幀
　　數據幀：數據幀攜帶數據從發(fā)送器至接收器?？偩€(xiàn)上傳輸的大多是這個(gè)幀。
　　遠程幀：由總線(xiàn)單元發(fā)出，請求發(fā)送具有同一識別符的數據幀。數據幀（或遠程幀）通過(guò)幀間空間與其他各幀分開(kāi)。
　　錯誤幀：任何單元一但檢測到總線(xiàn)錯誤就發(fā)出錯誤幀。
　　過(guò)載幀：過(guò)載幀用以在先行的和后續的數據幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時(shí)。 

五、數據幀格式

　　幀起始（SOF）僅由一顯位構成。所有站都必須同步于首先發(fā)送的那個(gè)幀起始前沿；
　　仲裁場(chǎng)（標準格式）由11位標識符ID28~ ID18、遠程發(fā)送請求位　　　　RTR（Remote Transmission Request BIT）組成，其中ID高七位不可全為1（隱性）；
　　仲裁場(chǎng)（擴展格式）由29位標識符ID28~ ID0、SRR位、識別符擴展位IDE(Identifier Extension Bit)位、RTR位組成；
　　SRR是隱性位，它用于替代標準格式的RTR位。
　　IDE=1（隱性）代表擴展格式。IDE位在擴展格式中位于仲裁場(chǎng)而在標準格式中位于控制場(chǎng)。

六、位仲裁技術(shù)

　　只要總線(xiàn)空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報文。
　　要對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，就必須將數據快速傳送，這就要求數據的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數據時(shí)，要求快速地進(jìn)行總線(xiàn)分配。 
　　如果2 個(gè)或2 個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報文，那么就會(huì )有總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)沖突。通過(guò)使用識別符的位形式仲裁可以解決這個(gè)沖突。
　　CAN總線(xiàn)以報文為單位進(jìn)行數據傳送，報文的優(yōu)先級結合在11位標識符中，具有最低二進(jìn)制數的標識符有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統設計時(shí)被確立后就不能再被更改?？偩€(xiàn)讀取中的沖突可通過(guò)位仲裁解決。 
仲裁的機制確保信息和時(shí)間均不會(huì )損失。當具有相同識別符的數據幀和遠程幀同時(shí)初始化時(shí)，數據幀優(yōu)先于遠程幀。
　　CAN總線(xiàn)采用非歸零(NRZ)編碼，所有節點(diǎn)以“線(xiàn)與”方式連接至總線(xiàn)。如果存在一個(gè)節點(diǎn)向總線(xiàn)傳輸邏輯0，則總線(xiàn)呈現邏輯0狀態(tài)，而不管有多少個(gè)節點(diǎn)在發(fā)送邏輯1。CAN網(wǎng)絡(luò )的所有節點(diǎn)可能試圖同時(shí)發(fā)送，但其簡(jiǎn)單的仲裁規則確保僅有一個(gè)節點(diǎn)控制總線(xiàn)、并發(fā)送信息。低有效輸出狀態(tài)(0)起決定性作用。 

　　仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監控的總線(xiàn)電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平(邏輯1)而監測到一“顯性”電平(邏輯0)，那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。

 

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