工业通信中CAN协议通信

概 述：

控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力

工作原理：

CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。

当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。

特点优点：

1、CAN协议（Conroller Area Network Protocol）为Robert Bosch公司开发（1982年），最初应用于汽车内部网络的通讯。CAN通讯具有严格的错误检测机制、高传输速率，兼低成本、易于实施，特别适合节点之间关键数据传输的小型嵌入式网络通讯；

2、CAN网络各节点平等竞争，无所谓主从，CAN通讯基于生产/消费者模型，一个节点生产（发送）的数据可同时为网络上的一个或几个节点同时消费也即接收（本人强烈鄙视某些教科书上将CAN网络描述为多主方式!!）;

3、CAN协议严格的规范了OSI模型中的数据链路层，并未对物理层作出强硬的约束，因此，CAN帧msg可传输在各种物理介质上，比较常见的为双绞线信号传输；

4、CAN总线上的逻辑电平：CAN-bus采用差分电压信号驱动，用显性电平（逻辑0）、隐性电平（逻辑1）标识，当CAN-bus表现为显性时，CAN-bus为差分电压驱动状态，CANL电平为“Gnd”偏上，CANH电平为“Vcc”偏下；当CAN-bus表现为隐性状态时，CAN-bus为未驱动空闲状态，此时CANL、CANH电平均为“Vcc”的一半，比如：假设Gnd=0V，Vcc=5V，则CANH=CANL=2.5V。总线上的先行隐性电平会被显性电平所改写；

5、CAN-bus上的位流序列：仲裁场-CANID最高位最先发送；数据场-Data0最先发送，Data7最后传输，对应每一个字节，高位msb将会先发送；

6、位填充规则：位流序列中一旦出现五个连续的显性位将插入一个隐性位，如下图示；同时位流序列中一旦出现五个连续的隐性位将插入一个显性位。

（1）具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；

（2）采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；

（3）具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上，形成多主机局部网络；

（4）可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；

（5）可靠的错误处理和检错机制；

（6）发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

（7）节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

（8）报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

和Lin总线的区别：

LIN(Local Interconnect Network)是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子控制系统。LIN 的目标是为现有汽车网络(例如CAN 总线)提供辅助功能，因此LIN 总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯使LIN 总线可大大节省成本。 CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。

由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。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。 LIN总线有一个主节点，其他是从节点。从节点不能主动向主节点传输信息，只有主节点需要从节点才能发送信息；CAN总线没有主从之分，总线上得节点都可以在总线空闲时互相通信，如果两个节点同事发送信息，那么按报文优先级来分，优先级高的可以先发，优先级低的后法，优先级是由报文标识符确定的。从速率上说，CAN总线最高通信速率可达1Mbit/s（此时距离最长30米），LIN总线只有20Kbit/s左右。CAN总线输入、输出为差动信号，LIN总线输入、输出为+12V 单端非平衡信号。