最新原創(chuàng)CAN總線總結(jié)

1、端電阻（起吸收反射波、高頻抗干擾的作用）oCAN 總線技術(shù)學(xué)習（一） CAN 總線是控制器局域網(wǎng)絡(luò) （Controller Area Network,CAN） 的簡 稱，是德國 BOSCH 公司開發(fā)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一， CAN 總 線已成為汽車計算機和嵌入式工控局域網(wǎng)標準總線。為了全面了解 CAN 總線，需要先對其有個整體的概念，這中間還有一個小 故事，一個應(yīng)屆畢業(yè)生到公司去應(yīng)聘，負責招聘的經(jīng)理問他： “你會哪方面的技 術(shù)？”，畢業(yè)生說：“我會 CAN 總線”，經(jīng)理疑惑的問：“你會看什么總線？” 。 那么什么是 CAN 總線呢？1、首先 CAN 總線是一種串行總線， 不是并行的

2、， 是用來傳輸電子數(shù)據(jù) 的，就像串口總線、 USB 總線、以太網(wǎng)一樣；2、CAN 總線是半雙工傳輸模式，發(fā)的時候不能收，收的時候不能發(fā)；3、CAN 總線使用雙線傳輸，一根定義為 CAN_H, 一根定義為 CAN_L, 使用差分信號傳輸（差分信號就是通過計算兩線壓差） ；4、CAN 總線的波特率最高可達 1Mbps ，傳輸距離最遠 10 公里，傳輸 波特率和傳輸距離成反比，波特率越高有效傳輸距離越短；5、組網(wǎng)時總線兩端 CAN_H 和 CAN_L 之間要分別連接一個 120 歐的終那么 CAN 總線有什么優(yōu)勢呢？1、CAN 總線作為現(xiàn)場總線只有兩根傳輸線，比以太網(wǎng)組網(wǎng)簡單，成本 也低很多，在不需

3、要大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)脑O(shè)備通訊上有相當?shù)膬?yōu)勢；2、CAN 總線使用差分信號和屏蔽線傳輸，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn) 定，因為在某點有干擾時兩根信號會被同步干擾，不會影響信號傳輸?shù)男畔ⅲ?、CAN 總線波特率最高可達 1Mbps ，傳輸速率相對串口快很多，同 時總線協(xié)議中加入 CRC 校驗，相對于串口的奇偶校驗，數(shù)據(jù)安全性強；4、CAN 總線使用差分雙線傳輸，易于組網(wǎng)，布線簡單；5、CAN 總線通訊不分主從，網(wǎng)絡(luò)上每個設(shè)備都可以主動發(fā)送數(shù)據(jù)；6、CAN 總線協(xié)議應(yīng)用非破壞性逐位仲裁機制，即通過發(fā)送幀的幀 ID 的大小作為優(yōu)先級判斷網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)發(fā)送沖突， 優(yōu)先級高的信息發(fā)送， 優(yōu)先級低的 數(shù)據(jù)停止發(fā)送，極大

4、提供總線的利用率；7、CAN 總線協(xié)議設(shè)置對發(fā)送的自動重發(fā)機制，當發(fā)送監(jiān)測到發(fā)送沖突 時，停止發(fā)送，等總線空閑后自動重發(fā)；8、通過設(shè)置總線控制器中驗收寄存器和屏蔽寄存器，可以使節(jié)點在硬件層允許接收某些幀或屏蔽接收某些無用幀，節(jié)約單片機 ECU 接收和判斷處理的時間。綜上所述，CAN總線在設(shè)計成本、傳輸速率、傳輸穩(wěn)定性、傳輸安全性、易于組網(wǎng)以及總線協(xié)議完善設(shè)計方面的優(yōu)勢， 使其在現(xiàn)代汽車、工控局域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng) 域得到廣泛的應(yīng)用。CAN總線既然作為一種現(xiàn)場總線，用途就是在不同設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)，基本的邏輯框圖如圖1所示:主控制器接口管理lig輯發(fā)發(fā)迸接赍接受控制器檢心塊總 線 收 發(fā) 器圖1 CAN總線邏輯

5、框圖CAN總線通訊主要包括：主控制器（一般為單片機）、CAN總線控制器（圖 例為SJA1000 ,方框中為一個芯片器件）和收發(fā)器，主控制器初始化設(shè)置CAN總線控制器工作，CAN總線控制器為主要 CAN總線邏輯器件，負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為總線協(xié)議串行信號和將收發(fā)器接收到的信號轉(zhuǎn)換為有效數(shù)據(jù)，并屏蔽無效數(shù)據(jù)，監(jiān)測故障錯誤并報告，收發(fā)器將 CAN總線收發(fā)信號轉(zhuǎn)換成半雙工 CAN總 線差分信號。有的單片機將 CAN控制器芯片功能集成在單片機中，如富士通 MB90340 系列、STM32f10x 系列等。CAN總線組網(wǎng)的邏輯框圖如圖2所示:如圖所示，多個CAN總線節(jié)點通過差分信號連接到 CAN總線網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)

6、 絡(luò)兩端（CAN_H和CAN_L之間）分別連接一個120歐姆的終端電阻（吸收反 射波，抗干擾）。各節(jié)點不分主從，都可以主動向總線上發(fā)送 CAN信息，也可 以設(shè)置CAN控制器的驗收屏蔽寄存器有選擇的接收總線上的信息。圖2 CAN總線網(wǎng)絡(luò)框圖CAN總線技術(shù)學(xué)習（二）CAN總線信息以幀的形式傳輸，每個幀包括多個段：起始位SOF、仲裁段、 控制段、數(shù)據(jù)段、CRC校驗、確認位、結(jié)束位等，各個段依次串行被傳輸?shù)娇?線上。起始位、CRC校驗、確認位和結(jié)束位由控制器硬件自動生成，軟件可以 配置仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段的內(nèi)容。每個 CAN幀最多發(fā)送數(shù)據(jù)段長度為8個 字節(jié)即64位。CAN總線協(xié)議有兩種：CAN2.0

7、A 和CAN2.0B協(xié)議，CAN2.0A 支持幀ID 為11位的標準幀，CAN2.0B協(xié)議支持幀ID為11位的標準幀和幀ID為29位 的擴展幀，如圖1和圖2所示。4Y-忡觀罷12住程壤充為I前蛙的型大績艮度+ CRC分隔將一5F際識骨R TRIPEDLCCRCIACKE0F11111110-61151a7付填充 b*潛-H圖1 CAN標準幀BA AN擴展幀格式位涼充圖2 CAN擴展幀F(xiàn)面解釋幾個CAN總線問題:位填充：上述圖中都提到位填充的問題，即當發(fā)送的一幀 CAN信息中出現(xiàn) 連續(xù)5個相同位時，控制器會自動填充一個相反的位進去，控制器接收一幀CAN 信息時發(fā)現(xiàn)5個相同的位，也會自動把其后的一

8、個翻轉(zhuǎn)位去掉。 那么可能我們會 問為什么要做這種看似無用的操作呢？因為 CAN總線通訊屬于異步通訊，雖然通訊雙方約定設(shè)定相同的波特率通訊，但是每一位（ bit）的寬度也不可能絕對相同，多個相同的位累積起來可能出現(xiàn)較大的誤差， 造成接收信息出錯， 那么如 何解決這個問題呢？ CAN 協(xié)議中規(guī)定在位跳轉(zhuǎn)時要做同步補償，那么這樣可以 消除多個位累積造成的錯誤，但是如果 CAN 幀信息連續(xù)出現(xiàn)多個 0 或 1 ，接收 方?jīng)]辦法監(jiān)測到翻轉(zhuǎn)位，不能做出正確的補償，可能導(dǎo)致發(fā)送方發(fā)了10 位 0，接收方監(jiān)測出 11 個 0 出來的情況出現(xiàn)， 所以當發(fā)送方連續(xù)發(fā)送 5 個 0 時，要位 填充一個 1 進去，然

9、后再發(fā)送下面的位，而接收方接收到 5 個 0 后接收到下面 的 1 可以做出相應(yīng)的同步補償，同時要丟棄這個填充位。按照 CAN 協(xié)議規(guī)定如 果在 CAN 信息中接收到連續(xù) 6 個以上的相同位被認為是錯誤信息， CAN 控制 器錯誤計數(shù)加 1 。CAN協(xié)議：如上圖所示，標準幀標識符（幀ID）有11位，擴展幀標識符 （幀ID ）有29位，CAN2.0B協(xié)議也兼容CAN2.0A協(xié)議，可以同時識別標準 幀和擴展幀。標準幀和擴展幀的區(qū)別在于 IDE位，IDE為0時表示標準幀，IDE 為 1 時表示擴展幀。CAN信號：CAN總線使用一對差分信號通訊，即 CAN_H和CAN_L,通過 識別它們的壓差獲取 0

10、 或 1 的信息，上電后兩個信號對地都會有一定的電壓， 即V_CANH和V_CANL，通過判斷V_CANH-V_CANL識別信息，總線信號分 為顯性（壓差為1V以上，也即數(shù)字0）和隱性（壓差小于0.5V，也即數(shù)字1 ）。 一般在沒有數(shù)據(jù)通訊時 V_CANH和V_CANL都為2.5V，所以CAN總線默認為 沒有壓差（隱性，數(shù)字1），當有起始位SOF （數(shù)字0，顯性）時每個網(wǎng)絡(luò)上的 節(jié)點都能監(jiān)測到，準備接收信息，如圖 3 所示- can h伸哎的屯； 在ait狀葫時達兩帚罐釣電戌坤育的2 5和電罕）ecwHxwti的電用璽的1 5V圖3 CAN總線電壓示意圖逐位仲裁機制：CAN節(jié)點發(fā)送的信息都會被

11、自己接收并判斷。當CAN總線上兩個節(jié)點同時發(fā)送 CAN信息時，CAN節(jié)點也會比較自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和接 收的數(shù)據(jù)是否一致，由于CAN信號有顯性（數(shù)字0，壓差大于1V）和隱性（數(shù) 據(jù)1，壓差小于0.5V）兩種，當一個節(jié)點發(fā)送0而另一個節(jié)點發(fā)送1時，總線 表現(xiàn)為顯性0，那么發(fā)送1的節(jié)點監(jiān)測到后知道發(fā)送總線沖突，自動退出發(fā)送， 所以可以看出，CAN總線信息小的優(yōu)先級高。通過這種方式可以實現(xiàn)非破壞性 逐位仲裁，優(yōu)先級高的節(jié)點正常發(fā)送，不受任何影響。CAN總線技術(shù)學(xué)習（三）CAN控制器比較通用的是SJA1000T，收發(fā)器使用比較多的是TAJ1050或 82C250，學(xué)習CAN總線首先需要準備一塊開發(fā)板，現(xiàn)在

12、CAN總線開發(fā)板很多， 一般都是單片機帶CAN控制器和收發(fā)器的方式。各種接口的CAN設(shè)備也很多，USB接口、PCI接口，智能非智能的很多種，相對而言，廣州周立功的產(chǎn)品種類多，軟件兼容性高，可以參考使用學(xué)習CAN軟件開發(fā)，首先就是要熟悉 CAN控制器的寄存器配置，不同的CAN 控制器寄存器不同，如何設(shè)置也不同，市面上通用的就是SJA1000T的控制器，芯片中文資料可在網(wǎng)上下載，網(wǎng)上也有很多軟件例程，學(xué)習起來相對容易。對于 一些集成CAN控制器的單片機來說，CAN寄存器控制一般都不同，總體來說 主要包括三部分：初始化、接收（中斷）、發(fā)送，流程圖分別如圖1、2、3所示。圖1 CAN初始化流程圖2 CAN發(fā)送數(shù)據(jù)流程關(guān)CAN屮斷|N已錄盤職砒;MTi門似識刖討:柬源爐一品和Ww； ：33；飛-開CAN中斷p圖3中斷接收流程對于CAN總線控制器初始化，主