CAN总线协议简介

1. 简介

  • 两根信号线,差分信号
  • 最高速率可达到1Mbps
  • CAN控制器内建了强大的检错和处理机制,容错能力强
  • 一帧CAN消息最多传输8字节用户数据
  • 具有总线仲裁机制,可以组建多主系统

2 CAN标准

  • ISO-11898:2003

3. CAN通信协议

特征

  • 载波侦听(CSMA):总线上的每一个节点在企图发送报文前,必须要监听总线,当总线处于空闲时,才可发送
  • 仲裁(CD+AMP):通过预定编程好的报文优先级逐位仲裁来解决碰撞,报文优先级位于每个报文的标识域。更高级别优先级标识的报文总是能获得总线访问权,即:标识符中最后保持逻辑高电平的会继续传输,因为它具有更高优先级。

标准CAN

只有11位标识符,每帧的数据长度为51+(064)=(51117)位。注:不计位填充

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  • 标识符:标准CAN具有11位标识符,用来确定报文的优先级。此域的数值越小,优先级越高

扩展CAN

具有29位标识符,每帧数据长度为71+(064)=(71135)位。注:不计位填充

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4. 网络拓扑

  • 使用差分信号
  • 推荐使用双绞线
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5. 报文寻址和标识

  • CAN报文中没有任何显式的地址
  • CAN报文被称为“内容寻址”的报文
  • 每个CAN控制器都会检查总线上的所有通信,并使用硬件过滤器和软件的组合来确定是否对该报文感兴趣

需要注意的:

  1. 常规的报文地址类似于“这是发给节点X的报文”
  2. 内容寻址的报文类似于“这是包含标签为X的数据的报文”

6. CAN总线与485总线比较

  • 总线利用率:RS485是单主从结构,就是一个总线上只能有一台主机,通讯都由它发起的,它没有下命令,下面的节点不能发送,而且要发完即答, 受到答复后,主机才向下一个节点询问,这样是为了防止多个节点向总线发送数据,而造成数据错乱。而CAN-bus是多主从结构,每个节点都有CAN控制 器,多个节点发送时,以发送的ID号自动进行仲裁,这样就可以实现总线数据不错乱,而且一个节点发完,另一个节点可以探测到总线空闲,而马上发送,这样省 去了主机的询问,提高了总线利用率,增强了快速性。所以在汽车等实性要求高的系统,都是用CAN总线,或者其他类似的总线。
  • 错误检测机制,RS485只规定了物理层,而没有数据链路层,所以它对错误是无法识别的,除非一些短路等物理错误。这样容易造成一个节点破坏 了,拼命向总线发数据(一直发1),这样造成整个总线瘫痪。所以RS485一旦坏一个节点,这个总线网络都挂。而CAN总线有CAN控制器,可以对总线任 何错误进行检测,如果自身错误超过128个,就自动闭锁。保护总线。如果检测到其他节点错误或者自身错误,都会向总线发送错误帧,来提示其他节点,这个数 据是错误的。大家小心。这样CAN总线一旦有一个节点CPU程序跑飞了,它的控制器自动闭锁。保护总线。所以在安全性要求高的网路,CAN是很强的。
  • 价格与培训成本:CAN器件的价格大约是485的2倍这样,485的通讯从软件上是很方便的,只要懂串行通讯,就可以编程,而CAN需要底层工程师了解CAN复杂的层,编写上位机软件也要了解CAN的协议。可谓培训成本较高。
  • CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。
  • CAN具有完善的通信协议,可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低了系统的开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

参考

CAN设计与应用指南
CAN协议教程
CAN总线与RS485的比较

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