嵌入式软件开发_CAN通信

0 CAN基础知识介绍

　　CAN是Controller Area Network（控制器局域网路）的缩写，是ISO国际标准化组织的串行通信协议。由德国电气商博世公司在1986年率先提出。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化。现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

　　CAN协议经过ISO标准化后由有两个标准：ISO11898标准和ISO11519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率125Kbps~1Mbps的高通信标准，而ISO11519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准。CAN具有很高的可靠性和良好的错误检测能力，广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣/电磁辐射强及振动大的工业环境。

CAN的特点

多主控制。总线空闲时，所有单元都可发送消息，而两个以上的单元同时发送消息时，根据标识符（ID，非地址）决定优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(优先级最高)的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立即停止发送而进行接收工作。
速度快，距离远。最高1Mbps(距离<40m)，最远可达10KM(速率<5Kbps)。CAN物理层的形式主要分为闭环总线和开环总线，一个适合于高速通讯，一个适合于远距离通讯(速度慢)。闭环通讯网络是一种高速、短距离网络，它的总线最大长度为40m，通信速度最高1Mbps，总线的两端各要求有一个"120欧"的电阻。开环总线网络是低速、远距离网络，它的最大传输距离1km，最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个"2.2千欧"的电阻。
具有错误检测/错误通知和错误恢复功能。所有单元都可以检测错误(错误检测功能)，检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元(错误通知功能)，正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送次消息直到成功发送为止(错误恢复功能)。
连接节点多。CAN总线可同时可同时连接多个单元。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。
CAN控制器根据CAN_L和CAN_H上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。显性电平对应逻辑：0 例：CAN_High的电平为3.5V，CAN_Low的电平为1.5V，CAN_H和CAN_L的电压差为2V左右。隐性电平对应逻辑：1 例：CAN_High和CAN_Low线上的电压均为2.5V，CAN_H和CAN_L之间的电压差为0V。显性电平具有优先权，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐性电平则具有包容的意味，只要所有的单元都输出隐形电平，总线上才为隐形电平（显性电平比隐性电平更强）。
CAN通讯节点由一个CAN控制器及CAN收发器组成，控制器与收发器（电平转换）之间通过CAN_Tx及CAN_Rx信号线相连，收发器与CAN总线之间使用CAN_High及CAN_Low信号线相连。当CAN节点需要发送数据时，控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx线发送到收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平转化为差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low线输出到CAN总线网络。而通过收发器接收总线上数据到控制器时，则是相反的过程，收发器把总线上收到的CAN_High及CAN_Low信号转化为普通的逻辑电平信号，通过CAN_Rx输出到控制器中。
CAN通讯是半双工，收发数据需要分时进行。在CAN通讯网络中，因为共用总线，在整个网络中同一时刻只能有一个通讯节点发送信号，其余的节点在该时刻都只能接收。
由于CAN属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口通讯那样，节点使用约定好的波特率进行通讯，特别地，CAN还会使用“位同步”的方式来抗干扰/吸收误差，实现对总线电平信号进行正确的采样，确保通讯正常。