CAN總線技術學習（一）

CAN總線是控制器局域網絡(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱，是德國BOSCH公司開發(fā)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，CAN總線已成為汽車計算機和嵌入式工控局域網標準總線。
為了全面了解CAN總線，需要先對其有個整體的概念，這中間還有一個小故事，一個應屆畢業(yè)生到公司去應聘，負責招聘的經理問他：“你會哪方面的技術？”，畢業(yè)生說：“我會CAN總線”，經理疑惑的問：“你會看什么總線？”。那么什么是CAN總線呢？
1、 首先CAN總線是一種串行總線，不是并行的，是用來傳輸電子數(shù)據(jù)的，就像串口總線、USB總線、以太網一樣；
2、 CAN總線是半雙工傳輸模式，發(fā)的時候不能收，收的時候不能發(fā)；
3、 CAN總線使用雙線傳輸，一根定義為CAN_H,一根定義為CAN_L,使用差分信號傳輸（差分信號就是通過計算兩線壓差）；
4、 CAN總線的波特率最高可達1Mbps，傳輸距離最遠10公里，傳輸波特率和傳輸距離成反比，波特率越高有效傳輸距離越短；
5、 組網時總線兩端CAN_H和CAN_L之間要分別連接一個120歐的終端電阻（起吸收反射波、高頻抗干擾的作用）。
那么CAN總線有什么優(yōu)勢呢？
1、 CAN總線作為現(xiàn)場總線只有兩根傳輸線，比以太網組網簡單，成本也低很多，在不需要大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)脑O備通訊上有相當?shù)膬?yōu)勢；
2、 CAN總線使用差分信號和屏蔽線傳輸，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，因為在某點有干擾時兩根信號會被同步干擾，不會影響信號傳輸?shù)男畔ⅲ?br />3、 CAN總線波特率最高可達1Mbps，傳輸速率相對串口快很多，同時總線協(xié)議中加入CRC校驗，相對于串口的奇偶校驗，數(shù)據(jù)安全性強；
4、 CAN總線使用差分雙線傳輸，易于組網，布線簡單；
5、 CAN總線通訊不分主從，網絡上每個設備都可以主動發(fā)送數(shù)據(jù)；
6、 CAN總線協(xié)議應用非破壞性逐位仲裁機制，即通過發(fā)送幀的幀ID的大小作為優(yōu)先級判斷網絡上數(shù)據(jù)發(fā)送沖突，優(yōu)先級高的信息發(fā)送，優(yōu)先級低的數(shù)據(jù)停止發(fā)送，極大提供總線的利用率；
7、 CAN總線協(xié)議設置對發(fā)送的自動重發(fā)機制，當發(fā)送監(jiān)測到發(fā)送沖突時，停止發(fā)送，等總線空閑后自動重發(fā)；
8、 通過設置總線控制器中驗收寄存器和屏蔽寄存器，可以使節(jié)點在硬件層允許接收某些幀或屏蔽接收某些無用幀，節(jié)約單片機ECU接收和判斷處理的時間。
綜上所述，CAN總線在設計成本、傳輸速率、傳輸穩(wěn)定性、傳輸安全性、易于組網以及總線協(xié)議完善設計方面的優(yōu)勢，使其在現(xiàn)代汽車、工控局域網絡領域得到廣泛的應用。
CAN總線既然作為一種現(xiàn)場總線，用途就是在不同設備間傳輸數(shù)據(jù)，基本的邏輯框圖如圖1所示：

圖1CAN總線邏輯框圖
CAN總線通訊主要包括：主控制器（一般為單片機）、CAN總線控制器（圖例為SJA1000，方框中為一個芯片器件）和收發(fā)器，主控制器初始化設置CAN總線控制器工作，CAN總線控制器為主要CAN總線邏輯器件，負責將數(shù)據(jù)轉換為總線協(xié)議串行信號和將收發(fā)器接收到的信號轉換為有效數(shù)據(jù)，并屏蔽無效數(shù)據(jù)，監(jiān)測故障錯誤并報告，收發(fā)器將CAN總線收發(fā)信號轉換成半雙工CAN總線差分信號。有的單片機將CAN控制器芯片功能集成在單片機中，如富士通MB90340系列、STM32f10x系列等。
CAN總線組網的邏輯框圖如圖2所示：
如圖所示，多個CAN總線節(jié)點通過差分信號連接到CAN總線網絡上，網絡兩端（CAN_H和CAN_L之間）分別連接一個120歐姆的終端電阻（吸收反射波，抗干擾）。各節(jié)點不分主從，都可以主動向總線上發(fā)送CAN信息，也可以設置CAN控制器的驗收屏蔽寄存器有選擇的接收總線上的信息。

圖2CAN總線網絡框圖