一、概述

　　CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇，通常稱為CAN bus，即CAN總線，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。
　　CAN 最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，80年代由德國Bosch公司最先提出。最初動機(jī)是為了解決現(xiàn)代汽車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。
　　與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用最為廣泛，世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、volkswagen (大眾)等都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。

二、工作原理

　　CAN總線標(biāo)準(zhǔn)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，其中鏈路層定義了不同的信息類型、總線訪問的仲裁規(guī)則及故障檢測與故障處理的方式。
　　當(dāng)CAN 總線上的一個節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。
　　每組報文開頭的11位字符為標(biāo)識符(CAN2.0A)，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。
　　當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)要向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時，該節(jié)點(diǎn)的CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。

三、特點(diǎn)

　　CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。
　　CAN總線特點(diǎn)如下：
　　（1）多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點(diǎn)均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。
　　（2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。  
　　（3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。
　　（4） 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(shù)據(jù)。
　　（5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)6km（速率10Kbps以下）。
　　（6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時距離最長30m）。
　　（7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實際可達(dá)110個。
　　（8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個。
　　（9）每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。
　　（10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。
　　（11）節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。

四、CAN總線報文及結(jié)構(gòu)

　　標(biāo)準(zhǔn)幀  11位標(biāo)識符
　　擴(kuò)展幀  29位標(biāo)識符
　　幀類型  數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀和過載幀
　　數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。總線上傳輸?shù)拇蠖嗍沁@個幀。
　　遠(yuǎn)程幀：由總線單元發(fā)出，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過幀間空間與其他各幀分開。
　　錯誤幀：任何單元一但檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。
　　過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時。 

五、數(shù)據(jù)幀格式

　　幀起始（SOF）僅由一顯位構(gòu)成。所有站都必須同步于首先發(fā)送的那個幀起始前沿；
　　仲裁場（標(biāo)準(zhǔn)格式）由11位標(biāo)識符ID28~ ID18、遠(yuǎn)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（擴(kuò)展格式）由29位標(biāo)識符ID28~ ID0、SRR位、識別符擴(kuò)展位IDE(Identifier Extension Bit)位、RTR位組成；
　　SRR是隱性位，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式的RTR位。
　　IDE=1（隱性）代表擴(kuò)展格式。IDE位在擴(kuò)展格式中位于仲裁場而在標(biāo)準(zhǔn)格式中位于控制場。

六、位仲裁技術(shù)

　　只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。
　　要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個站同時需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，要求快速地進(jìn)行總線分配。 
　　如果2 個或2 個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲裁可以解決這個沖突。
　　CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標(biāo)識符中，具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識符有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計時被確立后就不能再被更改。總線讀取中的沖突可通過位仲裁解決。 
仲裁的機(jī)制確保信息和時間均不會損失。當(dāng)具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時初始化時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。
　　CAN總線采用非歸零(NRZ)編碼，所有節(jié)點(diǎn)以“線與”方式連接至總線。如果存在一個節(jié)點(diǎn)向總線傳輸邏輯0，則總線呈現(xiàn)邏輯0狀態(tài)，而不管有多少個節(jié)點(diǎn)在發(fā)送邏輯1。CAN網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)可能試圖同時發(fā)送，但其簡單的仲裁規(guī)則確保僅有一個節(jié)點(diǎn)控制總線、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，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平(邏輯1)而監(jiān)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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