can总线的基本概念

1．CAN总线是什么？

CAN（Controller Area Network）是ISO国际标准化的串行通信协

议。广泛应用于汽车、船舶等。具有已经被大家认可的高性能和可靠

性。

CAN控制器通过组成总线的2根线（CAN-H和CAN-L）的电位差

来确定总线的电平，在任一时刻，总线上有2种电平：显性电平和隐

性电平。

“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上

即为显性电平，并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输

出隐性电平，总线上才为隐性电平。（显性电平比隐性电平更强）。

总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平

为“1”。

下图显示了一个典型的CAN拓扑连接图。

连接在总线上的所有单元都能够发送信息，如果有超过一个单元在

同一时刻发送信息，有最高优先级的单元获得发送的资格，所有其它

单元执行接收操作。

2．CAN总线的特点

CAN总线协议具有下面的特点：

1) 多主控制

当总线空闲时，连接到总线上的所有单元都可以启动发送信息，这

就是所谓的多主控制的概念。

先占有总线的设备获得在总线上进行发送信息的资格。这就是所谓

的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）

方法

如果多个设备同时开始发送信息，那么发送最高优先级ID消息的

设备获得发送资格。 2) 信息的发送

在CAN协议中，所有发送的信息要满足预先定义的格式。当总线

没有被占用的时候，连接在总线上的任何设备都能起动新信息的传

输，如果两个或更多个设备在同时刻启动信息的传输，通过ID来决定

优先级。ID并不是指明信息发送的目的地，而是指示信息的优先级。

如果2个或者更多的设备在同一时刻启动信息的传输，在总线上按照

信息所包含的ID的每一位来竞争，赢得竞争的设备（也就是具有最高

优先级的信息）能够继续发送，而失败者则立刻停止发送并进入接收

CAN总线由博世公司于1987年开发，1993年成为标准，在近23年的时间里获得了巨大的成功，逐渐替代了其它相近的总线，2001年的节点采用量已超过1亿。但是，曾经力推CAN总线的厂商，如宝马、博世、飞利浦等，目前都开始支持新的总线。对于推动新总线研究的原因，X-By-Wire的发展是一方面，但从根本上讲，消费者的安全需求才是最重要的原因。根据新闻报道：在CAN的发源地德国，2005年汽车抛锚事故中有35%是电子装置引起的。因此，电子控制系统及其通信系统的可靠性是一个敏感的问题，即使没有采用X-By-Wire，仍然使用常规的液压气动机构，也需要一种更为可靠的新总线来代替CAN。

车内通信有两个最基本的要求：一是数据内容正确；二是通信及时，序列一致。对这两点，CAN总线中均有所设计，但仍存在着不一致性、不可预测性、信道出错堵塞等漏洞。

1)不一致性

CAN总线中有一个著名的Last-But-One-Bit错误。CAN总线2.0A在信息认证(Message Validation)中规定：发送器验错的范围可覆盖到帧结束，如果发现错误，以后就按优先权和状态的规定重发；接收器验错的范围覆盖到帧结束的前一位。因此，如果由于空间干扰、电源波动等原因，对于帧的倒数第二位，一部分节点A认为无错，一部分节点B认为有错，即出现了所谓的Byzantine错误。这时，根据EOF应该是7个隐性位，节点B认为这是一种形式错误，所以就会启动错误帧，通知发送器重发，同时丢弃收到的帧。而认为没错的节点A

由于只查到倒数第二位，因此就会接收此帧。如果在发送器例行的下一次发送前B通知的重发成功，A就会收到重复帧；如果重发不成功，B就丢了一帧。在转向和制动系统中，4个轮子对命令的不同理解，可能造成性能的下降或其他更严重的后果。

2)不可预测性

CAN总线将节点状态分为Error Active、Error Passive和Bus Off三种，这三种状态在一定条件下可以互相转换。不同状态中节点的发送有不同的延迟。最高优先权的信息发送延迟有几种可能：当节点状态为Error Active时，若总线空闲，则立即发送；当节点状态为Error Active时，如果其它帧正在发送，则需等正在发送的报文结束后，再过3位后发送；当节点状态为Error Passive时，它有一个出错重发的要求，若没有其它帧要发送，等3位传送(Intermission)和8位挂起传送(Suspend Transmission)后重发；当节点状态为Error Passive时，若总线空闲，出错后等别的信息发送完后再发，等待时间与其它帧的长度有关；当节点状态为Bus Off时，需等状态恢复到Error Passive或Error

CAN总线教程详解

CAN总线是一种现代的、高性能的通信总线技术，被广泛应用于汽车电子、工业控制、航空航天等领域。CAN总线具有高可靠性、高带宽、低延迟等优点，能够满足实时性要求较高的应用场景。本文将对CAN总线的基本原理、通信方式、物理层、协议以及应用进行详细介绍。

首先是CAN总线的基本原理。CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信总线，其基本原理是利用差分信号传输数据，实现多个节点之间的通信。CAN总线采用一种分布式的控制方式，多个节点可以同时进行发送和接收数据，而不会造成冲突。此外，CAN总线还采用了一种优先级的机制，更高优先级的节点可以中断低优先级节点的传输，从而实现数据的有序传输。

接下来是CAN总线的通信方式。CAN总线支持两种通信方式：广播和点对点。在广播方式中，一个节点发送的数据可以被其他所有节点接收，而在点对点方式中，数据只能被指定的接收节点接收。广播方式适用于需要向所有节点发送相同的数据的应用场景，而点对点方式适用于需要向指定节点发送数据的场景。

然后是CAN总线的物理层。CAN总线的物理层采用了差分信号传输，即通过两根线分别传输正负两个相位相反的信号。这种差分传输方式具有抗噪声能力强、抗干扰性好等优点。CAN总线采用了标准的线缆以及连接器，可以实现节点间的高速可靠通信。此外，CAN总线还具有自动的错误检测和纠正机制，能够实时检测线路的故障情况。

接下来是CAN总线的协议。CAN总线采用了一种先进的帧格式，用于定义数据的传输规则。每一帧包括了数据、标志位、ID等字段，多个帧组成了一个消息。CAN总线使用了基于标识符的帧过滤机制，能够实现高效的消息传输。此外，CAN总线还支持远程帧，即节点可以向其他节点发送请求，请求其发送指定的数据。

最后是CAN总线的应用。CAN总线被广泛应用于汽车电子领域，用于汽车内部各个控制单元之间的通信。例如，发动机控制单元、制动系统控制单元、仪表盘控制单元等可以通过CAN总线进行数据交互。此外，CAN总线还应用于工业控制领域，用于各种工控设备之间的通信。同时，CAN总线还被应用于航空航天领域，用于航空电子设备之间的数据交互。

CAN总线的使用

CAN（Controller Area Network）总线是一种多主机、多线程、分散控制系统中常用的实时通信协议，被广泛应用于车载电子、工业自动化、航空航天等领域。本文将从CAN总线的基本原理、应用场景、使用方法等方面进行介绍。

一、CAN总线的基本原理

CAN总线是由以位为基本单元的串行通信协议，其通信原理可以简单概括为：数据发送方通过CAN控制器将数据转换成一系列的数据帧，并通过CAN总线发送给接收方；接收方的CAN控制器接收到数据帧后，将其还原成原始数据。CAN总线采用了CSMA/CR（Carrier Sense Multiple

Access with Collision Resolution）的数据传输方式，即对总线中数据帧的冲突进行检测和解决。

二、CAN总线的应用场景

1.车载电子系统中，CAN总线常用于汽车中的各种电子控制单元（ECU）之间的通信。例如，引擎控制单元（ECU）、刹车控制单元（ECU）、空调控制单元（ECU）等通过CAN总线进行实时的数据交换和协调。

2.工业自动化领域中，CAN总线广泛应用于工业机器人的控制、传感器的数据采集与通信等方面。CAN总线在工业环境中的抗干扰能力较强，可以满足高噪声环境下的可靠通信要求。

3.航空航天领域中，CAN总线可用于飞机电子设备之间的数据通信，如航空仪表、飞行控制系统、通信导航系统等。 三、CAN总线的使用方法

1.硬件部分：

（1）CAN总线连接：CAN总线通常使用双绞线进行连接，其中一根线为CAN High（CAN_H），另一根线为CAN Low（CAN_L）。CAN_H和CAN_L通过终端电阻连接至VCC和GND，即电压分配电阻（VCC上的120欧姆电阻和GND上的120欧姆电阻）。

（2）CAN控制器选择：需要选择适合应用需求的CAN总线控制器。

（3）CAN总线的连接节点：将需要通信的CAN节点连接至CAN总线上，通常通过CAN收发器进行连接。