CAN（“Controller Area Network”，控制器局域網）

作用：将整車中各種不同的控制器連接起來，實現信息的可靠共享，并減少整車線束數量。可以設想一種極端情況，如下圖所示：

如：果整車上所有的用電設備都是一個獨立的Can總線節點，并且每一個節點都向外發送自己當前的狀态，并接受來自外部的信息， 那麼整車的控制隻需要一條CAN總線控制線和電源線就可以了！

CAN總線的通信通過一種類似于“會議” 的機制實現的，隻不過會議的過程并不是由一方（節點）主導，而 是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題（多主通信模式），二者對應關系如下：

• 數據傳輸速度高1Mbit/s，距離遠
• 抗幹擾能力強（差分數據線）
• 具有自我診斷能力（錯誤偵測）

01 CAN總線網絡節點結構

02 為何CAN收發器

照BOSCH CAN總線标準将0或1邏輯信号轉換為标準中規定的電平，同時有反饋功能

CAN總線上的電平

CAN2.0A/B标準規定：總線空閑時，CAN_H和CAN_L上的電壓為2.5V

在數據傳輸時，顯性電平（邏輯 0）：CAN_H 3.5V CAN_L 1.5V

隐性電平（邏輯 1）：CAN_H 2.5V CAN_L 2.5V

03總線長度的思考

影響總線長度的主要因素：

（1）CAN總線通信的應答機制，即成功接收到一幀報文的節點必須在 應答場的”應答間隙“期間發送一位“顯性位”表示成功接收到一幀數據

如：通信速率為250Kbit/s，傳送一個bit所需時間為：1/250×1000 = 4μ 那麼，該信号在總線上的延時時間必須小于（2μ？）才能保證發送節點成功的在應答間隙期間接收到該“顯性電平”。

任何一根導線都可以簡化為左圖所示的電路模型，可以看到，其中既有電感又有電容，因此，電流在其中傳輸并不是光速，而是需要一定的時間。

對于雙絞線而言，信号在其中的傳播延時時間約為，5ns/m（典型值）。當通信速率達到1Mbit/s時，40m的總線長度， 延時時間就達到200ns，而允許延時時間為600ns左右，還是不能不考慮的！

由上面的分析可知：

總線通信速率越高，通信距離越短，對物理傳輸線的要求就越高，在雙絞線、屏蔽線還是其他的傳輸線選擇上，通信速率是一個很關鍵的參數。

影響總線長度的其他因素：

• 信号在節點ECU内部的延時時間
• 振蕩器的容差（各個節點ECU内部晶振頻率的差别） 這些因素加起來就形成了CAN總線通信中總的信号延時。

共模電感作用：共模電壓有較大的感 抗，差模電壓感抗為零，相當于電感濾波。對共模電流有較大的阻礙作用。

終 端 電阻 120 歐姆并非固定不變，這跟使用的導線有關！

總線長度的限制——位定時、同步

CAN總線控制器按照時間片的概念将每一個bit的時間劃分成了n個時間片。這樣做的目的就是為了實現CAN總線的同步、保證不同節點間時間的一緻性。

如：晶振和CAN CLOCK，頻率均為4MHz，那麼每一個時間片最小時間就為0.25μs，通信波特率為250Kbit/s，那麼每一個bit的時間就為4μs， 因此，每一個bit的總的時間片數目就為16。當然可以進一步提高晶振頻率，使得每一個bit被劃分的更加細緻。

CAN2.0A/B将每一個bit的時間劃分成了4段，同步段、傳輸段、相位段1和相位段2，每一段占用一定的時間片

CAN總線共有四種報文：

1 數據幀

2 遠程幀

3 錯誤幀

4 過載幀

幀起始：1bit。從圖中看出，在幀間隙後由邏輯1（至少兩個bit）向邏輯 0 的跳變就被認為是幀起始，它的作用就是為了硬同步。

仲裁場：由29bit的ID标示符和IDE、SRR、RTR位構成。IDE位用于标示該幀是擴展幀（29bit ID）還是标準幀（11bit ID）；SRR在擴展幀 中 為 一 隐 性 位 ； R T R 位 為 遠 程 幀 标 志 位 。

由上圖可以看出，11bit的基本ID首先被發送（ID28~ID18），然後在發送18bit的擴展ID（ID17~ID0）

要點

（1）首先發送ID的29位，優先級問題

（2）總線電平由誰決定

CAN總線總裁機制的實現也就實現了CAN總線的多主機模式，總線節點不存在誰主誰從的概念

注意：我們可以人為的給29位的ID賦予一定的意義從而區分不同的報文類型！

報文濾波可以通過軟件編程的方式實現，也可以通過硬件（芯片内部的報文濾波寄存器）實現，但二者實現的原理是相同的，如下圖所示：

控制場：包括兩位保留位（必須為0），和數據長度位（DLC0~DLC3） 數據場：包括最多8個字節的數據

CRC場：是一種算法，對數據進行CRC校驗，共15bit，其後跟了一位CRC界定符——為1（隐性電平）

應答場：為兩個1（總線電平為低電平），其中一位為應答間隙，另一位為應答界定符。成功接收到數據的節點必須發送一位顯性位（總線電平為高電平）

來應答該發送節點，必須注意：該顯性位必須在應答間隙期間， 即1bit的時間内将總線電平拉高。幀結尾：7個連續的1組成（隐性電平）

幀聽就是發出去的數據再采樣回來，比較采樣回來的數據是否和發出的數據一緻！

CAN總線通過如下幾個方面進行錯誤檢測

1. 當節點赢得總線發送權後，會對總線電平進行檢測，當發送的電平和檢測到的總線電平不一緻時，認為錯誤
2. 出現6個連續相同的電平時，認為是填充錯誤
3. CRC錯誤，接收數據的節點按照與發送數據的節點相同的方法計算數據的CRC校驗值，如果接收節點的計算結果與數據包中CRC場的數據不一緻， 認為是CRC錯誤
4. 應答錯誤，在應答場如果沒有監控到一個顯性電平，那麼就認定一個應答錯誤
5. 固定位錯誤，例如：CRC界定符等，其電平是固定的，當監控到該電平不相符時，認定一個錯誤

另：總線同步機制也是CAN總線容錯的一種方式

注意：通過上面5種錯誤檢測機制，發送節點和接收節點均可以檢測到總線上的錯誤，并通過錯誤的累加來實現總線節點的關閉等操作

計算例子：

假設CAN總線波特率為250Kbit/s，總線報文發送時間間隔為10ms， 報文為數據幀（8個字節數據），那麼10ms内總線能夠支持的最大報文數量為多少？

第一步：根據通信波特率計算10ms總共可以發送多少bit (250000/1000)*10 = 2500bit

第二步：計算最長的一幀報文有多少個bit

1sof 29id 1ide 1rtr 1srr 2r 4dlc 8*8data

16crc 2ack 7eof = 128bit

第三步：計算10ms内可以支持的報文數目

2500/128 ≈ 19

由上面的計算可知，當10ms間隔的報文數量超過19條時，就會出現丢幀，總線飽和。

計算報文數量也是設計CAN網絡所要考慮的，可以查閱相關文獻看負載率在多少時合适

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