CAN通信简单使用

简介

控制器局域网（英语：Controller Area Network，简称CAN或者CAN bus），是一种面向消息、支持多节点竞争和错误检测的串行总线。它最早广泛应用于汽车电子，现在也常见于工业控制、电机驱动、传感器网络和分布式控制设备。
这里只解析下最简单的使用

码流解析

高速 CAN 通常使用 CAN_H 和 CAN_L 两根差分线。MCU 的 CAN 控制器不能直接驱动总线，需要经过 CAN 收发器，比如TJA1051这样的CAN驱动芯片，类似于SP3232的232驱动芯片，把 MCU 侧的逻辑信号转换成差分电压。
接收器主要判断两根线之间的电压差，因此外界同时耦合到两根线上的共模干扰，不容易直接改变接收结果。这也是 CAN 比普通单端信号更适合工业现场的重要原因之一。

参考下WIKI上面的CAN具体码流定义

从这个图中可以看出CAN_H 1,为CAN_L 为0的时候，表示输出0， CAN_H 0， CAN_L 1的时候输出1
当前这个图可以把常规的11位标准ID的码流格式。整条码流可以把CAN解析时的所有信息，都标识出来

它在总线上的主要组成如下：

SOF | Arbitration | Control | Data | CRC | ACK | EOF | Intermission

应用程序通常只配置 ID、帧类型和数据，SOF、CRC、ACK、位填充等工作由 CAN 外设自动完成。

SOF帧起始

总线空闲时处于隐性状态。发送节点用一个显性位作为 SOF，表示新的一帧开始。其他节点检测到这个边沿后开始同步接收。

Arbitration仲裁段

标准帧的仲裁段主要包含 11 位 ID 和 RTR 位。ID 从高位到低位依次发送。
如果多个节点同时开始发送，每个节点会一边发送、一边监听总线。某个节点发送隐性 1，却读回显性 0，说明另一个节点发送了优先级更高的内容。该节点会退出本轮发送，等待总线再次空闲。
这个过程不会破坏获胜节点的数据，所以称为无破坏仲裁。由此可以得到几个重要结论：

• 数值较小的 CAN ID 通常具有更高的仲裁优先级；
• ID 不只是设备或消息标识，也直接影响实时性；
• 紧急停止和严重故障报文应分配较高优先级；
• 高频状态报文不应占用过高优先级；
• 两个节点如果使用相同 ID 同时发送不同数据，会在数据段产生错误，不能依靠 CAN 自动区分。

帧格式相关字段

标准数据帧中，RTR 位位于仲裁段，IDE、保留位和 DLC 位于后续控制段。STM32 HAL 把这些信息集中放在收发帧头结构体中，所以软件开发时经常把它们放在一起检查。

字段	作用
IDE	区分 11 位标准帧和 29 位扩展帧
RTR	区分数据帧和远程帧，位于仲裁段
DLC	描述数据段包含多少个字节

也就是 11 位标准数据帧，每帧固定传输 8 字节。IDE、RTR 和 DLC 是 CAN 帧级字段，不在 Byte0~Byte7 数据区内。

Data数据段

经典 CAN 一帧最多携带 8 字节数据。CAN 外设不知道这些字节的业务含义，必须由应用协议解释。
例如：

02 21 03 09 05 00 00 00

CRC校验

发送节点根据前面的帧内容计算 CRC，接收节点重新计算并比较。CRC 不一致时，接收节点会判断传输错误。
CRC 只能说明总线上传输的位是否出现错误，不能判断参数值是否合理。即使 CRC 正确，应用层仍可能返回“参数不存在”“数值超范围”或“当前状态不允许执行”。

ACK确认

发送节点在 ACK 槽发送隐性位，任何正确接收到该帧的节点都可以发送显性位作为确认。
CAN 硬件 ACK 仅表示至少有一个节点正确接收了该帧，不代表：

EOF和帧间隔

EOF 标识当前帧结束，帧间隔用于分隔连续报文。CAN 控制器自动处理这些位级时序。

位填充

这些是CAN编码的具体定义，如果是扩展帧数据码流的定义会有一些区别，上面的定义有一些了解就可以了，实际使用时候的MCU的等硬件会完成硬件层码流的解析，解析完之后的数据会放到相关寄存器中。

软件解析

对于标准帧来说，主要就是11位的识别ID，数据长度，以8个字节的数据，以这样的形式组成

11位标准ID定义

bit10 bit9 bit8 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0

可以根据作为从机地址来使用，也可以只用部分数据作为从机地址，
以当的从机地址设定范围1-100来说，从机地址的位数只要7位就够了

bit10 bit9 bit8 bit7 | bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0
      FrameType      |                 NodeId

前四位可以作为命令标识，解析数据的时候可以根据这个FrameType里面协议解析的不同逻辑分支跳转。
CAN总线有一个滤波的过滤，可以根据从机地址，屏蔽一些数据帧来降低软件处理的压力
一帧数据8个字节的数据可以进行自定义通信协议格式，添加自己的定义的通信协议

对比485

RS-485： 硬件层面对冲突无能为力，必须在软件协议（如 Modbus 协议）中严格规定通信时序来避免冲突。
CAN 总线： 拥有非破坏性仲裁技术。每个数据包都有一个 ID（代表优先级），当两个节点同时发送时，硬件会自动比较 ID，优先级高的节点继续发送，优先级低的节点自动闭嘴并转为接收状态，整个过程不会损坏任何数据，效率极高。

接线参考思路

菊花链拓扑（Daisy Chain Topology） 或 手拉手接线法。
信号走线从 A => B => C 依次串联极佳。这种方式使得主干线到每个板子芯片的“支路长度（Stub Length）几乎为 0，能够最大程度地减少信号反射,最后一个板子添加匹配电阻

总结

CAN也是一个很通用的通信接口
CAN相对于485也是一条总线带多个设备，但相对于485因为有硬件层的一些过滤与仲裁机制，软件层的相对简单一些。虽然理论上485的带宽要高一些，但由于多机后软件上会复杂，实际传递速度不会快很多，且多机同时上报数据，没有一个好的机制，485丢数据的概率比较大。