CAN通信学习杂记

Q：第一个问题关于0x1FF控制1-4号电机是约定还是数学原理，第二个问题关于为什么控制量用2字节。

A：（AI回答）

1. 是约定俗成，还是数学原理？

这主要是一种“约定俗成”，是基于 CAN 总线本身的特点和实际工程需求而设计的一套应用层协议。

你可以这样理解：

• CAN总线是“公路”，提供基础的运输能力：CAN 2.0B标准定义了数据帧可以有29位的标识符（ID）和最多8个字节的数据域。这就像国家规定了高速公路可以有名称（ID），并且一辆卡车最多能拉8个集装箱（数据字节）。但这条路具体怎么用，谁来用，国家并不管。

• 应用层协议是“交通规则”，由行业或厂商制定：大疆的这套规则（如0x1FF控制1-4号电机，0x200控制5-8号电机）就是基于CAN这条“公路”制定的“交通规则”。它规定了哪个ID代表什么意思，数据字节如何解析。这套规则是为了在特定场景（如机器人比赛）下实现高效、同步的控制而设计的。

为什么这么约定？

这种“广播指令”的约定，充分利用了CAN总线的“多主广播”和“基于ID的仲裁”特性。它用一个ID对应多个节点，实现了“一对多”的同步控制，极大地提高了总线效率，避免了逐个发送指令带来的延迟。这并非基于某个深奥的数学原理，而是基于对实时性和效率的工程优化。

2. 为什么控制量通常占2个字节？

使用2个字节（16位）来传输一个控制量（如电流、速度），是在精度、数据范围和通信效率之间取得的最佳平衡。主要原因如下：

1. 数据范围与精度足够：一个16位的有符号整数（int16）可以表示的范围是 -32,768 到 +32,767。这个范围对于大多数电机控制参数来说已经非常充裕。例如，大疆GM6020电机的电流控制范围通常在-30000到+30000之间，正好可以被完美表示。如果精度要求更高，也可以将其解释为-32768到+32767之间的某个物理量，其分辨率已经相当高。

2. 匹配8字节数据域的限制：CAN数据帧的数据域被严格限制为最多8个字节。如果每个控制量占用4个字节（32位），那么一帧数据最多只能控制2个电机，总线利用率会大幅下降。而采用2个字节，一帧数据恰好可以控制4个电机（4电机 * 2字节/电机 = 8字节），将单次传输的效率最大化，这对于需要多个执行器协同工作的系统（如机器人、无人机）至关重要。

3. 与常用控制器字长相匹配：许多微控制器（如ARM Cortex-M系列）的硬件数据处理宽度是32位，处理16位的数据非常高效。2个字节的长度也便于通过类型转换直接赋值给整型变量，简化了编程。

简单来说，“2字节”是在CAN协议8字节的“硬约束”下，为实现“一控四”的高效同步控制，并保证足够控制精度而做出的一个非常合理的工程选择。

简单总结

• “0x1FF控制1-4号电机”是厂商制定的应用层协议，是建立在CAN国际标准之上的“游戏规则”，目的在于提升效率。

• “2字节”是一个经典的工程折衷方案，它完美利用了CAN数据帧的8字节空间，在数据精度和通信效率之间取得了最优解。

希望这些解释能帮助你更深入地理解CAN总线应用的设计思想！