解析车载CAN BUS通讯：从CAN 总线的工作原理延申至汽车和工业自动化的应用


一、什么是 CAN bus ?

  1. CAN
    CAN ( Controller Area Network 控制器局域网), bus ( 总线)，CAN bus 即为CAN总线，也可直接称为CAN，是一种用于实时应用的串行通讯协议的总线。

  2. 主要应用
    早期是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线，主要用于汽车中各种不同元件之间的通信，由于具有很高的实时性能和应用范围，才逐渐在航空业、工业控制、安全防护等领域中广泛应用。

  3. CAN bus 特点
    完整性的串行数据通讯、传输速率最高可达1Mb/s、传输距离最远可达10kM（传输速率为5Kb/s），支持实时传输、具有11位的寻址及检错能力。

二、CAN bus 主要的协议种类

  1. CAN 2.0A & CAN 2.0B
    最基本的CAN协议。
    CAN 2.0A ：定义标准的11位标识符
    CAN 2.0B ：扩展至29位标识符

  2. J1939
    针对货车和大客车的协议, 主要用于柴油引擎和其他重型设备的通信。

  3. CANopen
    基于CAN的高层协定, 主要用于自动化和工业控制领域,
    提供设备描述、服务和通讯。

  4. CAN FD
    传统CAN的扩展, 可在同一讯息中传送更多的数据（最多64字节)
    并支持更高的传输速率, 使数据传输更加灵活和高效。

  5. DeviceNet
    基于CAN 的协定, 常用于工业自动化, 提供简化的装置间通讯

三、CAN 通讯协议的标准


ISO 11898 : CAN通讯协议的标准
● ISO 11898-1  涵盖软体部分的数据链路层（CAN 2.0A/B）
● ISO 11898-2  涵盖硬件部分高速的实体层
● ISO 11898-3  涵盖硬件部分低速及容错功能的实体层

四、CAN bus 架构

● 总线架构 : 所有节点连接到同一条总线上
● 数据传输 : 支持多个节点同时发送和接收数据
● 讯息格式 : 包括标识符、数据长度码、数据区域、检查码等
● 仲裁机制 : 当多个节点同时发送时，根据标识符的优先级进行仲裁

※ 节点
节点（nodes）是指任何连接到CAN网络的设备。每个节点都会有一个并且唯一的标识符（ID），相当于节点的身份证。多个节点可同时发送和接收信息，高效地实现多设备之间的相互通讯。

※ 仲裁机制
CAN bus中的每个设备都有各自的ID，依据ID高低，设定优先权。所有设备都有可能同时传送数据，此时仲裁机制就会判断哪个设备可优先发送。

由于CAN bus主要用于汽车中的通信，汽车电脑利用CAN bus 与车上的多个控制单元进行通讯，因此会很多优先权问题，如车上的安全气囊，发生事故的优先权会在最前面，因此仲裁机制判断优先权就变得很重要。

五、CAN bus 的工作原理
车辆上的各种控制单元就好比一家公司有各个部门经理，每个部门经理接收自己部门内员工的工作汇报，经过分析作出决策，并命令该部门的员工去执行。这些控制单元并不是独立工作的，它们需要信息的共享，因此就会有信息传递的问题。

目前在车辆上应用的信息传输形式有两种：

  1. 独立的数据线，个别进行传输


如两个控制单元之间有5种信息需传输，则需要5组独立的数据线。因此信息种类越多，数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加。这些复杂繁多的线束除了会增加车身重量，整车布线也较为困难。

  1. 所有信息仅通过两根数据线进行传输

CAN bus 就是以此种方式传输，所有的信息无论信息容量大小，都可通过两条数据线传输，提高整个系统的运行效率，并可减少车上电线的数量，同时也简化了整车的布线。

六、CAN bus 的特点
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 不需要主机(Host)控制通讯，允许多个微控制器或设备直接互相通讯
 安全可靠，具备侦错及防干扰能力
 具备优先权判别的仲裁机制，按照重要性的优先级传达指令
 多主端，任一节点均可自由传输讯息至另一节点
 简化配线的复杂度，减少造成错误的发生机会
 具有高扩展性 、高可靠度且低成本等特性

优点

  1. 高效能 (High Efficiency) : 传输速率高达1 Mbps
  2. 错误检测 (Error Detection) : 内建多种错误检测机制
  3. 灵活度 (Flexibility): 支持多达110个节点
  4. 实时性 (Real-time Performance) : 实时传输数据

缺点

  1. 传输距离有限 ：传输距离40m（通信速率1Mbps），传输距离最远可达10km（通信速率5kbps）
  2. 数据带宽受限 (有限的数据速率)

七、CAN bus 的应用
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由于 CAN bus 的高可靠、高安全性及卓越的效能特性，常被应用于控制器间的数据传输及控制，尤其是严格要求稳定与安全的工业应用，如：
 航空电子
 车辆
 医疗仪器
 工业自动化
 机器人
 轨道交通
 军工

在汽车和工业自动化应用中，使用CAN bus通讯尤为普遍。

八、结语
本文解析车载CAN BUS通讯，采用 Cincoze DV-1100 x Cervoz CAN Modular，硬件配置资讯如下：

工控机型号：德承 Cincoze DV-1100
CPU：Intel® Core® i7-14700
内存：DDR5 5600 MHz 32GB
存储：SSD 1TB
CAN卡：Cervoz MEC-CAN-2814i


posted @ 2025-06-04 11:48  Johnny-Chang  阅读(621)  评论(0)    收藏  举报