CAN运用了解和指南

0.前言
这是我为公司写的一个关于CAN总线的入门文章，对全面理解CAN总线特性很有帮助，拿出来分享给大家。
 

1. 简介

CAN总线由德国BOSCH公司开发，最高速率可达到1Mbps。CAN的容错能力特别强，CAN控制器内建了强大的检错和处理机制。另外不同于传统的网络（比如USB或者以太网），CAN节点与节点之间不会传输大数据块，一帧CAN消息最多传输8字节用户数据，采用短数据包也可以使得系统获得更好的稳定性。CAN总线具有总线仲裁机制，可以组建多主系统。

2. CAN标准

CAN是一个由国际化标准组织定义的串行通讯总线。最初是用于汽车工业，使用两根信号总线代替汽车内复杂的走线。CAN总线具有高抗干扰性、自诊断和数据侦错功能，这些特性使得CAN总线在各种工业场合广泛使用，包括楼宇自动化、医疗和制造业。

CAN通讯协议ISO-11898：2003标准介绍网络上的设备间信息是如何传递的，以及符合开放系统互联参考模型（OSI）的哪些分层项。实际通讯是在连接设备的物理介质中进行，物理介质的特性由模型中的物理层定义。ISO11898体系结构定义七层，OSI模型中的最低两层作为数据链路层和物理层，见图2-1。

图2-1：ISO 11898标准架构分层

在图2-1中，应用程序层建立了上层应用特定协议，如CANopenTM协议的通讯链路。这个协议由全世界的用户和厂商组织、CiA维护，详情可访问CiA网站：can-cia.de。许多协议是专用的，比如工业自动化、柴油发动机或航空。另外的工业标准例子，是基于CAN的协议的，由KVASER和Rockwell自动化开发的DeviceNetTM。

3. 标准CAN和扩展CAN

CAN通讯协议是一个载波侦听、基于报文优先级碰撞检测和仲裁（CSMA/CD+AMP）的多路访问协议。CSMA的意思是总线上的每一个节点在企图发送报文前，必须要监听总线，当总线处于空闲时，才可发送。CD+AMP的意思是通过预定编程好的报文优先级逐位仲裁来解决碰撞，报文优先级位于每个报文的标识域。更高级别优先级标识的报文总是能获得总线访问权，即：标识符中最后保持逻辑高电平的会继续传输，因为它具有更高优先级。

ISO-11898:2003标准，带有11位标识符，提供的最高信号速率从125Kbps到1Mbps。更迟一些的修订标准使用了扩展的29位标识符。标准11位标识符位域参见图3-1，提供2048个不同的报文标识符，扩展29位标识符位域参见图3-2，提供537百万个不同报文标识符。

3.1 标准CAN
标准CAN只有11位标识符，每帧的数据长度为51+（0~64）=（51~117）位。注：不计位填充（位填充将在本文第5节描述）。

图3-1：标准CAN---11位标识符

SOF - 帧起始，显性（逻辑0）表示报文的开始，并用于同步总线上的节点。

标识符 - 标准CAN具有11位标识符，用来确定报文的优先级。此域的数值越小，优先级越高。

RTR - 远程发送请求位，当需要从另一个节点请求信息时，此位为显性（逻辑0）。所有节点都能接收这个请求，但是帧标识符确定被指定的节点。响应数据帧同样被所有节点接收，可以被有兴趣的节点使用。

IDE - 标识符扩展位为显性时表示这是一个标准CAN格式，为隐形表示这是扩展CAN格式。

r0 - 保留位（可能将来标准修订会使用）

DLC - 4位数据长度代码表示传输数据的字节数目，一帧CAN最多传输8字节用户数据

数据0~8 – 最多可以传输8字节用户数据

CRC - 16位（包括1位定界符）CRC校验码用来校验用户数据区之前的（包含数据区）传输数据段。

ACK - 2位，包含应答位和应答界定符。发送节点的报文帧中，ACK两位是隐性位，当接收器正确地接收到有效的报文，接收器会在应答位期间向发送节点发送一个显性位，表示应答。如果接收器发现这帧数据有错误，则不向发送节点发送ACK应答，发送节点会稍后重传这帧数据。

EOF – 7位帧结束标志位，全部为隐性位。如果这7位出现显性位，则会引起填充错误。

IFS – 7位帧间隔标志位，CAN控制器将接收到的帧正确的放入消息缓冲区是需要一定时间的，帧间隔可以提供这个时间。