CAN協(xié)議教程(中文版)

CAN協(xié)議教程(中文版)CAN（ControllerAreaNetwork）是一種用于車(chē)輛和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的串行通信協(xié)議。它是一種多主總線系統(tǒng)，支持分布式實(shí)時(shí)控制。CAN協(xié)議在汽車(chē)、工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一、CAN協(xié)議概述1.1CAN協(xié)議簡(jiǎn)介CAN協(xié)議由德國(guó)博世公司于19年開(kāi)發(fā)，旨在解決汽車(chē)內(nèi)部電子控制單元（ECU）之間的通信問(wèn)題。CAN協(xié)議具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。1.2CAN協(xié)議版本CAN協(xié)議目前主要有兩個(gè)版本：CAN2.0A和CAN2.0B。CAN2.0A支持11位標(biāo)識(shí)符，適用于簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)；CAN2.0B支持29位標(biāo)識(shí)符，適用于復(fù)雜的通信系統(tǒng)。1.3CAN協(xié)議物理層CAN協(xié)議物理層定義了信號(hào)傳輸?shù)碾姎馓匦?，包括傳輸介質(zhì)、電壓等級(jí)、波特率等。常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)有雙絞線和光纖，波特率通常在10Kbps至1Mbps之間。二、CAN協(xié)議幀結(jié)構(gòu)2.1數(shù)據(jù)幀幀起始：表示數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始。仲裁場(chǎng)：包含標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位。控制場(chǎng)：包含數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼和保留位。數(shù)據(jù)場(chǎng)：包含實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。CRC場(chǎng)：包含循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。應(yīng)答場(chǎng)：包含應(yīng)答位和保留位。幀結(jié)束：表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。2.2遠(yuǎn)程幀遠(yuǎn)程幀用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀的幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束與數(shù)據(jù)幀相同，但數(shù)據(jù)場(chǎng)為空。2.3錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀用于指示CAN總線上的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤界定符組成。2.4過(guò)載幀過(guò)載幀用于在CAN總線上的連續(xù)數(shù)據(jù)幀之間提供短暫的延遲。過(guò)載幀由過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符組成。2.5頓間隔幀間隔用于在CAN總線上的不同幀之間提供短暫的延遲。幀間隔由間歇場(chǎng)和總線空閑組成。三、CAN協(xié)議報(bào)文標(biāo)識(shí)符3.1標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度CAN協(xié)議報(bào)文標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度可以是11位或29位。11位標(biāo)識(shí)符適用于簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)，29位標(biāo)識(shí)符適用于復(fù)雜的通信系統(tǒng)。3.2標(biāo)識(shí)符分配CAN協(xié)議報(bào)文標(biāo)識(shí)符分配遵循優(yōu)先級(jí)原則，即數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。標(biāo)識(shí)符分配通常由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)通信需求進(jìn)行規(guī)劃。3.3標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展CAN2.0B支持29位標(biāo)識(shí)符，通過(guò)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符（IDE）位來(lái)區(qū)分11位和29位標(biāo)識(shí)符。IDE為0表示11位標(biāo)識(shí)符，IDE為1表示29位標(biāo)識(shí)符。四、CAN協(xié)議錯(cuò)誤處理4.1錯(cuò)誤檢測(cè)CAN協(xié)議通過(guò)CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束等部分進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。如果檢測(cè)到錯(cuò)誤，發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤幀。4.2錯(cuò)誤處理CAN協(xié)議通過(guò)錯(cuò)誤界定符、錯(cuò)誤主動(dòng)和錯(cuò)誤被動(dòng)等機(jī)制進(jìn)行錯(cuò)誤處理。錯(cuò)誤主動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)嘗試恢復(fù)總線，而錯(cuò)誤被動(dòng)節(jié)點(diǎn)則退出總線仲裁。4.3錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器CAN協(xié)議為每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置了錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，用于記錄錯(cuò)誤次數(shù)。當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過(guò)閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。CAN協(xié)議教程(中文版)五、CAN協(xié)議仲裁機(jī)制5.1仲裁過(guò)程CAN協(xié)議采用非破壞性位仲裁機(jī)制，通過(guò)比較發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)位和總線上的位來(lái)確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)具有更高的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)由標(biāo)識(shí)符決定，標(biāo)識(shí)符數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。5.2仲裁丟失當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線上的位與發(fā)送位不同時(shí)，它會(huì)認(rèn)為仲裁丟失，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)，總線上的其他節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。5.3仲裁恢復(fù)仲裁丟失后，節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)入空閑狀態(tài)，等待總線再次變?yōu)榭臻e。一旦總線空閑，節(jié)點(diǎn)會(huì)嘗試重新發(fā)送數(shù)據(jù)。六、CAN協(xié)議同步機(jī)制6.1硬同步CAN協(xié)議采用硬同步機(jī)制，通過(guò)幀起始的跳變沿來(lái)同步所有節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)在接收到幀起始后，會(huì)調(diào)整自己的內(nèi)部時(shí)鐘，以確保與總線同步。6.2軟同步除了硬同步外，CAN協(xié)議還支持軟同步。節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)場(chǎng)或CRC場(chǎng)的跳變沿時(shí)，會(huì)調(diào)整自己的內(nèi)部時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)更精確的同步。七、CAN協(xié)議報(bào)文過(guò)濾7.1接收濾波器CAN協(xié)議允許節(jié)點(diǎn)配置接收濾波器，以過(guò)濾掉不需要的報(bào)文。接收濾波器可以根據(jù)標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼等參數(shù)進(jìn)行配置。7.2報(bào)文接收節(jié)點(diǎn)在接收到報(bào)文后，會(huì)根據(jù)接收濾波器的配置來(lái)判斷是否接收該報(bào)文。如果報(bào)文符合接收濾波器的條件，節(jié)點(diǎn)會(huì)接收并處理該報(bào)文；否則，節(jié)點(diǎn)會(huì)忽略該報(bào)文。八、CAN協(xié)議報(bào)文傳輸速率8.1波特率CAN協(xié)議的波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)奈粩?shù)。波特率的選擇取決于系統(tǒng)需求、傳輸介質(zhì)和總線長(zhǎng)度等因素。8.2波特率配置CAN協(xié)議波特率的配置涉及到多個(gè)參數(shù)，如振蕩器頻率、采樣點(diǎn)、時(shí)間份額等。配置波特率時(shí)，需要根據(jù)具體硬件和系統(tǒng)需求進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整。九、CAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)管理9.1節(jié)點(diǎn)管理CAN協(xié)議支持網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)管理，包括節(jié)點(diǎn)的加入、離開(kāi)、錯(cuò)誤處理等。節(jié)點(diǎn)管理通常由網(wǎng)絡(luò)管理器負(fù)責(zé)，網(wǎng)絡(luò)管理器可以是網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)或獨(dú)立的設(shè)備。9.2網(wǎng)絡(luò)配置CAN協(xié)議支持網(wǎng)絡(luò)配置，包括波特率、標(biāo)識(shí)符分配、接收濾波器等。網(wǎng)絡(luò)配置通常在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段完成，并在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間保持穩(wěn)定。十、CAN協(xié)議安全與可靠性10.1錯(cuò)誤檢測(cè)與處理CAN協(xié)議通過(guò)CRC校驗(yàn)、應(yīng)答機(jī)制和錯(cuò)誤幀等機(jī)制來(lái)檢測(cè)和處理錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。10.2實(shí)時(shí)性CAN協(xié)議具有高實(shí)時(shí)性，能夠滿足實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的需求。實(shí)時(shí)性取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、硬件和軟件實(shí)現(xiàn)等因素。10.3可靠性CAN協(xié)議采用多主總線結(jié)構(gòu)，支持分布式實(shí)時(shí)控制，具有高可靠性。同時(shí)，CAN協(xié)議還支持冗余通信，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。CAN協(xié)議教程(中文版)十一、CAN協(xié)議應(yīng)用領(lǐng)域11.1汽車(chē)電子CAN協(xié)議在汽車(chē)電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、制動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)身控制等。CAN協(xié)議的高可靠性和實(shí)時(shí)性滿足了汽車(chē)電子系統(tǒng)的需求。11.2工業(yè)自動(dòng)化CAN協(xié)議在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，如生產(chǎn)線控制、控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。CAN協(xié)議的靈活性和可擴(kuò)展性滿足了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的需求。11.3醫(yī)療設(shè)備CAN協(xié)議在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，如患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、手術(shù)、醫(yī)療信息系統(tǒng)等。CAN協(xié)議的高可靠性和實(shí)時(shí)性滿足了醫(yī)療設(shè)備的需求。11.4航空航天CAN協(xié)議在航空航天領(lǐng)域也有應(yīng)用，如飛機(jī)控制系統(tǒng)、航天器控制系統(tǒng)等。CAN協(xié)議的高可靠性和實(shí)時(shí)性滿足了航空航天系統(tǒng)的需求。十二、CAN協(xié)議開(kāi)發(fā)工具12.1CAN分析工具CAN分析工具用于監(jiān)測(cè)和分析CAN總線上的通信數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的CAN分析工具包括CANoe、CANalyzer、VectorCAST等。12.2CAN仿真工具CAN仿真工具用于模擬CAN總線上的通信過(guò)程，以便進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試。常見(jiàn)的CAN仿真工具包括CANoe、CANalyzer、Simulink等。12.3CAN開(kāi)發(fā)套件CAN開(kāi)發(fā)套件提供了硬件和軟件工具，用于開(kāi)發(fā)和測(cè)試CAN協(xié)議應(yīng)用。常見(jiàn)的CAN開(kāi)發(fā)套件包括VectorCANcase、PEAKCAN、KvaserCAN等。十三、CAN協(xié)議學(xué)習(xí)資源13.1標(biāo)準(zhǔn)文檔CAN協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)文檔是學(xué)習(xí)和應(yīng)用CAN協(xié)議的重要資源。常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)文檔包括ISO11898、ISO15765、ISO16845等。13.2技術(shù)書(shū)籍技術(shù)