CAN总线

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CAN总线特点

CAN总线是一种串行数据通讯协议，其中包含了CAN协议的物理层以及数据链路层。可以完成对数据的位填充，数据块编码，循环冗余效验，帧优先级的判别等工作。其主要特点如下：

（1）多主机方式工作，网络上任意一个节点（未脱离总线）均可以随时向总线网络上发布报文帧。

（2）节点发送的报文帧可以分为不同的优先级，满足不同实时要求。

（3）采用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术，当两个节点同时发布信息时，高优先级报文可不受影响地传输数据。

（4）节点总数实际可达110个。

（5）采用短帧结构，每一帧最多有8个有效字节。

（6）当某个节点错误严重时，具有自动关闭功能，切断与总线的联系，致使总线上的其他操作不受影响。

 

CAN总线有两种逻辑电平状态，即显性与隐性。

1. CAN总线使用两根线（CAN_H 和 CAN_L）的电压差来传递信号。

2. “隐性”和“显性”：

   • 隐性：代表逻辑‘1’。此时总线处于空闲状态，所有节点都可以开始发送消息。

   • 显性：代表逻辑‘0’。当有节点需要发送数据时，它会用“显性”位来覆盖“隐性”位。

   • 关键：“显性”的优先级高于“隐性”。只要有一个节点发送“显性”，总线状态就是“显性”。

高速CAN在传输隐性位时，CAN_H与CAN_L上的电平位均为2.5V；在传输显性位时分别为3.5V与1.5V。

低速CAN在传输隐性状态位时，CAN_H上的电平为0V，CAN_L上的电平位5V。在传输显性状态位时，CAN_H上的电平位3.6V，CAN_L的位1.4V。

 

1. 高速CAN（ISO 11898-2）

这是汽车中最常见的类型，用于发动机、变速箱、ABS等关键高速通信。

 

特性	逻辑 ‘1’（隐性）	逻辑 ‘0’（显性）
CAN_H 电压	2.5V	3.5V
CAN_L 电压	2.5V	1.5V
电压差	0V	2V

解读：

• 当总线空闲或传递逻辑‘1’时，CAN_H 和 CAN_L 电压均为2.5V，差值为0V。这就是“隐性”状态。

• 当需要传递逻辑‘0’时，CAN_H 被拉高至3.5V，CAN_L 被拉低至1.5V，产生2V的电压差。这就是“显性”状态。

• 总结：高速CAN通过检测 CAN_H 和 CAN_L 之间的电压差 来判定信号。差分为0V是‘1’，差分约2V是‘0’。

2. 低速/容错CAN（ISO 11898-3）

这种类型用于舒适性系统，如车门、车窗、座椅等，特点是即使一根线断路也能继续工作。

 

特性	逻辑 ‘1’（隐性）	逻辑 ‘0’（显性）
CAN_H 电压	0V	4V
CAN_L 电压	5V	1V
电压差	-5V	+3V

解读：

• 隐性状态：CAN_H 为0V，CAN_L 为5V，电压差为 -5V。

• 显性状态：CAN_H 被拉高至4V，CAN_L 被拉低至1V，电压差为 +3V。

• 容错能力：因为它使用独立的电压水平，而不是单纯的差分。如果CAN_H或CAN_L其中一根线对地短路或断路，控制器仍然可以通过监测另一根线的电压来解读信号，从而实现“容错”。

CAN报文帧结构

在CAN总线上，报文是以“帧”来发送的，每一帧都包含以下几个部分：

（1）帧起始

在总线空闲时，总线为隐性状态。帧起始由单个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。

（2）仲裁段

仲裁的主要是定义了报文的标识符，也俗称ID。在CAN2.0A规范中，标识符为11位，而在CAN2.0B中变为了29位。这意味着在2.0B中可以存在更多不同类型的报文，但是也降低了总线的利用率。

（3）控制段

主要定义了数据域字节的长度。通过数据长度码，接收节点可以判断报文数据是否完整。

（4）数据域

包含有0~8个字节数据。

（5）CRC域

CRC又称循环冗余码效验（Cyclical Redundancy Check），是数据通信中常见的查错方法。

（6）ACK域

用于接收节点的反馈应答。

（7）帧结束

由一串7个隐性位组成，表示报文帧的结束。

在CAN总线的开发中，核心的关注点就是CAN报文ID以及其数据域。根据客户的要求，ECU接收自己感兴趣的ID报文的同时，也向外发送别的ECU所需要的ID报文。