CAN总线应用及其总线架构的详解

控制器局部网(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。

分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C技术--COMPUTER(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT(显示技术)和 CHANGE(转换技术)紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线(FIELDBUS)能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。

由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范(VERSION 2.0)。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，能提供11位地址;而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网(CAN)国际标准(ISO11898)，为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。分信号传输，通过在CANH和CANL上传输差分信号来表示数字信号。差分信号传输方式具有抗干扰能力强和可靠性高的优点(如何提高CAN总线抗干扰能力?)。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。当

简单来说CAN总线就如两根黄线，通信的原理就好比开一个电话会议，大家都同时拨进来，然后有各种不同的状态，比如：一个人说话，其他人听;或者多个人同时想发言，但也会让其中一个人先说，其他人听;还有一个人要求另一个人来说;还有些掉线了，卡顿了等等。为了确保每次电话会议针对上述情况正确有效地进行，我们需要一些每个人都应该遵守的规则或协议。CAN总线通信与这种电话会议形式既有相似之处，也有不同之处。那究竟什么是CAN总线通信?

CAN总线架构简介

CAN总线是一种用于不同控制单元之间数据传输的导线。CAN总线协议是ISO国际标准化的串行通信协议，由两个系列组成：ISO-11898和ISO-11519。其定义有：

·ISO-11898定义了通信速率为125 kbps ~1Mbps 的高速CAN通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度 ≤ 40米。

·ISO11519定义了通信速率为10～125 kbps 的低速CAN通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。

CAN总线会有终端电阻，一般来说都是120欧姆，实际上在设计的时候，也是两个60欧姆的电阻串起来的，而总线上一般有两个120欧姆的节点。CAN总线终端电阻的作用有三个：

1、提高干扰防护能力，快速消除高频低能量信号;

2、确保总线快速进入隐藏状态，这样寄生电容器的能量可以更快地耗散;

在学习CAN总线时，经常会看到CAN总线的电平分为显性电平与隐性电平，那么什么是显性的和隐性的呢?显式和隐式逻辑0与逻辑1之间的对应关系是什么?CAN通信逻辑0和1，显式和隐式。电信号的传输是通过区分高电压和低电压来进行的，就像CAN通信一样。CAN总线的两条信号线是CAN高(CAN_H)和CAN低(CAN_L)。关于CAN的逻辑0和逻辑1以及CAN总线的显式和隐式方面，以使每个人都能清楚地理解。

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。