1、CAN總線協(xié)議 控制器局域網總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實時應用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動化和工業(yè)應用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數據通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時具有11位的尋址以及檢錯能力。CAN總線發(fā)展 控制器局域網CAN( Controller Area Network)屬于現場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網絡。是由德國博世公司在20

2、世紀80年代專門為汽車行業(yè)開發(fā)的一種串行通信總線。而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km時，CAN仍可提供高達50kbit/s的數據傳輸速率。CAN總線的工作原理 CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。1CAN及I2C總線的許多細節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。當CAN總線上的一個節(jié)點(站)發(fā)送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節(jié)點。對每個節(jié)點來說，無論數據是否是發(fā)給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案

3、。在同一系統(tǒng)中標識符是唯一的，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。當一個站要向其它站發(fā)送數據時，該站的CPU將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線分配時，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN芯片將數據根據協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時網上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所

4、提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協(xié)議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。 CAN總線在空閑（沒有節(jié)點傳輸報文）時是一直處于隱性狀態(tài)。當有節(jié)點傳輸報文時顯性覆蓋隱性，由于CAN總線是一種串行總線，也就是說報文是一位一位的傳輸的，而且是數字信號（0和1），1代表隱性，0代表顯性。在傳送報文的過程中是顯隱交替的，就像二進制數字0101001等，這樣就能把信息發(fā)送出去，而總線空閑的時候是一直處于隱性的。CAN總線特征 (1)報文(Message)總線上的數據以不同報文格式發(fā)送，但長度受到限制。當總

5、線空閑時，任何一個網絡上的節(jié)點都可以發(fā)送報文。 (2)信息路由(Information Routing)在CAN中，節(jié)點不使用任何關于系統(tǒng)配置的報文，比如站地址，由接收節(jié)點根據報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴展時，不用對應用層以及任何節(jié)點的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節(jié)點。(3)標識符(Identifier) 要傳送的報文有特征標識符(是數據幀和遠程幀的一個域)，它給出的不是目標節(jié)點地址，而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網絡上發(fā)送，所有節(jié)點都可以接收到。節(jié)點通過標識符判定是否接收這幀信息。(4)數據一致性應確保報文在CAN里同時被所有節(jié)點接收或同時不接收，這是配

6、合錯誤處理和再同步功能實現的。(5)位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同，但在一個給定的系統(tǒng)里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。 (6)優(yōu)先權 由發(fā)送數據的報文中的標識符決定報文占用總線的優(yōu)先權。標識符越小，優(yōu)先權越高。(7)遠程數據請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠程幀，需要數據的節(jié)點請求另一節(jié)點發(fā)送相應的數據。回應節(jié)點傳送的數據幀及請求數據的遠程幀由相同的標識符命名。 (8)仲裁(Arbitration) 只要總線空閑，任何節(jié)點都可以向總線發(fā)送報文。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送報文，就會引起總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲裁可以解決這個碰撞。仲裁的機制確保

7、了報文和時間均不損失。當具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時發(fā)送時，數據幀優(yōu)先于遠程幀。在仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平及被監(jiān)控的總線電平進行比較。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“隱性”電平而監(jiān)視到的是“顯性”電平，那么這個單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。(9)總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態(tài)，“顯性”對應邏輯“0”，“隱性”對應邏輯“1”。“顯性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)及為“顯性”狀態(tài)，所以兩個節(jié)點同時分別發(fā)送“0”和“1”時，總線上呈現“0”。CAN總線采用二進制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線上不是“0”，就是“1”。但是CAN協(xié)議并沒有具體定義這兩

8、種狀態(tài)的具體實現方式。 (10)故障界定(Confinement) CAN節(jié)點能區(qū)分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點會被關閉。 (11)應答接收節(jié)點對正確接收的報文給出應答，對不一致報文進行標記。 (12)CAN通訊距離最大是10公里（設速率為5Kbps）,或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為40米)。(13)CAN總線上的節(jié)點數可達110個。通信介質可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。(14)報文是短幀結構，短的傳送時間使其受干擾概率低，CAN有很好的校驗機制，這些都保證了CAN通信的可靠性。CAN總線的特點 （1）具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點； （2）采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； （3）具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網絡；