CAN总线通信一

1、CAN通信特征和优点

 Controller Area Network Bus = 控制器局域网总线

① 通信线：CAN_H 和 CAN_L，采用差分信号，所以抗干扰能力强；

② 通信速率：高速 CAN（125K-1Mbps,传输40m）， 低速CAN（10k-125kbps,传输1Km）

③ 异步半双工通信：没有时钟线，在同一时刻，只能有一台设备处于发送数据状态，其他设备处于接收状态；

④ 仲裁机制：多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序

⑤ 传输方式：分为广播式传输和请求式传输；

名称	引脚	双工	时钟	电平	设备	引用场景
UART	TX， RX	全双工	异步时钟	单端电平	点对点	两设备之间通信
I2C	SCL， SDA	半双工	同步时钟	单端电平	多设备	一主多从
SPI	SCK，MOSI，MISO，SS	全双工	同步时钟	单端电平	多设备	一主多从（高速）
CAN	CAN_H，CAN_L	半双工	异步时钟	差分电平	多设备	多主机通信

 

2、CAN通信硬件基础

① 连接方式：终端设备（CAN控制器）-----CAN收发器 --------CAN总线--------CAN收发器--------终端设备（CAN控制器）

② 高速CAN总线的电平标准：两线收紧电压差0V，为隐形电平1；两线张开电压差2V，为显性电平0；（默认电平为高电平，所以隐性电平为1）

③ 高速CAN的终端电阻是120Ω，低速CAN的终端电阻是2.2KΩ

④ CAN 收发器的功能：实现电平转换、输出驱动，输入采样；

 

3、CAN总线的帧格式

帧类型	用途
数据帧	发送设备主动发送数据
遥控帧	接受设备主动接受数据
错误帧	某个设备检测出错误时向其他设备通知错误
过载帧	接收设备通知其尚未做好准备
帧间隔	用于将数据帧、遥控帧和其他帧分隔开来

（1）数据帧

                                                         D表示显性电平0（两线张开）； R表示隐性电平1（两线收紧）

 

帧起始：两线张开，1个显性电平0

报文ID：用于接收过滤器筛选；用于仲裁：报文ID小的优先发送；

RTR：远程请求标志位，用于区分数据帧（RTR=0）和 遥控帧(RTR=1);  RTR和报文ID共同构成仲裁段；

IDE：用于区分标准格式还是扩展格式；

r0：保留位；

DLC + Data：表示数据位的长度 + 数据载荷；

CRC校验码 + CRC界定符

ACK槽 + ACK界定符

帧结束：两线收紧，7个隐性电平

 

（2）遥控帧（适用于使用频率低的数据）

接收方需要某个报文ID的数据，会广播发出相应ID的遥控帧，总线设备上某设备存在遥控帧上的ID，则会广播发出相应ID的数据帧；

遥控帧没有数据段，RTR为隐性电平1，其他部分与数据帧相同；

 

4、位填充规则：发送方每发送5个相同电平后，会自动追加一个相反电平的填充位；

5、接收方数据采样规则：总线上所有设备以约定的波特率方式确定数据位时长，即异步通信；

位时序：每个数据位的时长划分为 同步段+传播时间段+相位缓冲段1+相位缓冲段2

硬同步：使接收方第一个采样点和波形的第一位对齐

当某个设备率先发送报文时，其他设备接收到SOF的下降沿（发送设备处于SS段），接收方会将自己的时序计时周期拨到SS段的位置，与发送方的计时周期保持一致。

再同步：接收方根据再同步补偿宽度值（SJW）加长PBS1段或者缩短PBS2段，以调整同步

波特率 = 1 / (T_SS + T_PTS + T_PBS1 + T_PBS2)

 

总线资源分配规则

1、先占先得规则

① 若当前已经有设备操作总线，其他设备不准同时发送数据帧和遥控帧（但是可以发送错误帧和过载帧）

② 设备检测到连续11个隐性电平时（连续收紧），即认为总线空闲

2、非破坏性仲裁

① 多设备同时开始一段波形（确实同时发送，或者因为等待导致同时发送）

②  仲裁段 = 报文ID + RTR 标志位  ，仲裁段数值小的报文优先级高（ID号中1出现的晚，所以优先级越高）

③ 实现非破坏性仲裁要求：线与特性 + 回读机制 ，A发送1，B发送0， 线与为0 ------ A读到0与自己不一致，仲裁失败，退出接收 ------- B读到0和自己一致，仲裁胜利，开始发送；

④ 数据帧和遥控帧的报文ID号一样时，数据帧的优先级高于遥控帧

⑤ 标准格式11位ID号和扩展格式29位ID号的高11位一致时，标准格式的优先级更高

 

错误处理：

错误种类	错误内容	错误检测帧	检测单元
位错误	输出电平和总线电平不一致	数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧	发送单元、接收单元
填充错误	连续6个相同电平	数据帧（SOF-CRC）、遥控帧（SOF-CRC）	发送单元、接收单元
CRC错误	计算CRC值和接收CRC值不一致	数据帧、遥控帧	接收单元
格式错误	与固定格式不一致	数据帧的CRC界定符、ACK界定符、EOF，错误界定符、过载界定符 错误	接收单元
ACK错误	发送方在ACK槽中检测出隐性电平	数据帧，遥控帧	发送单元

错误状态：

TEC（发送错误计数值）: 统计CAN总线上已发送但未被确认的消息发生错误的次数

REC（接收错误计数值）: 统计CAN总线上已接收但发生错误的消息的次数