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1. CAN总线是啥

总线是啥？

总线分类的方式有很多，如被分为外部和内部总线、系统总线和非系统总线等等，不管是啥看英文叫作“BUS”，即“公交车”，也就是说总线就行公交一样。你只要在公交的运行线路上，就可以上车，上车点就是公交站点，同样的总线接好了，加入一个节点（设备），节点接可以把数据放到总线上，传到其他节点。

 

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并较终成为**标准（ISO 11898），是**上应用较广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

中文名：CAN总线
外文名 ：Controller Area Network
开发公司 ：德国BOSCH公司
特    点： **上应用较广泛的现场总线之一
地    区 ：北美和西欧
应用范围：汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网

CAN总线是广播类型的总线。这意味着所有节点都可以侦听到所有传输的报文。无法将报文单独发送给*节点；所有节点都将始终捕获所有报文。但是CAN硬件能够提供本地过滤功能，让每个节点对报文有选择性地做出响应。

上世纪八十年代以来，汽车ECU越来越多，如ABS，电控门窗，电子燃油喷射装置。如果仍然采用常规的点对点布线方式，即电线一段与开关相接，另一端与用电设备相通，将会导致车上电线数目的急剧增加，从而带来线束的冗余及维修成本的提高。这就对汽车的线束分布及信息通讯提出了较高的要求。总线技术可以实现信息的实时共享，解决了传统布线方式中线束多，布线难，成本高等问题，CAN（Controller Area Network）总线技术应运而生。

2. CAN总线简介

CAN总线是由德国研发和生产汽车电子产品著称的BOSCH公司开发的，并较终成为**标准（ISO11519），是**上应用较广泛的现场总线之一。CAN总线是一种多主控（Multi-Master）的总线系统。传统总线系统如USB或以太网等是在总线控制器的协调下，实现从A节点到B节点大量数据的传输。CAN网络的消息是广播式的，即在同一时刻网络上所有节点侦测的数据是一致的，它是一种基于消息广播模式的串行通信总线。

 

CAN总线的很多优点，使得它得到了广泛的应用，如传输速度较高到1Mbps, 通信距离较远到10km，无损位仲裁机制，多主结构。

2.1 CAN总线标准

CAN总线标准之规定了物理层和数据链路层，至于应用层需要用户自定义。不同的CAN标准仅物理层不同。物理层和数据链路层：ISO11898；应用层：不同的应用领域使用不同的应用层标准。

 

 

2.2 CAN物理层

CAN拓扑网络

连接在CAN总线上的设备叫做节点设备（CAN Node），CAN网络的拓扑一般为线型。线束较常用的是双绞线，线上传输为对称的差分电平信号。下图为CAN总线网络示意图，节点主要包括Host、控制器和收发器。Host常集成有CAN控制器，CAN控制器负责处理协议相关功能，以减轻Host的负担。CAN收发器将控制器连接到传输媒介。通常控制器和总线收发器通过光耦或磁耦隔离，这样即使总线上过压损坏收发器，控制器和Host设备也可以得到保护。

在发送数据时，CAN控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx线发送到CAN收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low输出到CAN总线网络。接收数据过程，相反。采用差分信号，可以**较好的电磁兼容效果。因此，CAN总线物理传输媒介只需要两根线。

 

高速CAN总线较高信号传输速率为1Mbps，支持较长距离40m。ISO11898-2要求在高速CAN总线两段安装端接电阻RL（端接电阻一般为120Ω，因为电缆的特性阻抗为120 Ω，为了模拟无限远的传输线。）以反射。低速CAN较高速度只有125Kbps，所以ISO11898-3没有端接要求。

 

因为传输距离越大，信号时延也越大，为了保证消息的正确采样，总线上的信号速率相应也要下降。下图是推荐的信号速率与距离的关系。

 

2.3 CAN收发器

CAN总线分高速CAN和低速CAN，收发器也分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。低速CAN也叫Fault
Tolerance CAN，指的是即使总线上一根线失效，总线依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作电平转换，CAN收发器的作用则是把逻辑信号转换为差分信号。

 

2.4 差分信号

CAN总线采用差分信号传输，通常情况下只需要两根信号线就可以进行正常的通信。在差分信号中，逻辑0和逻辑1是用两根差分信号线的电压差来表示。当处于逻辑1，CAN_High和CAN_Low的电压差小于0.5V时，称为隐性电平（Recessive）；当处于逻辑0，CAN_High和CAN_Low的电压差大于0.9V，称为显性电平（Dominant）。

高速CAN

 

 

低速容错CAN （Fault Tolerance CAN）

差分信号其实使用CAN_HIGH减去CAN_LOW的到的，在逻辑信号中，5V代表1, 0V代表0，而在差分信号中：

0V---------逻辑1------电平

2.0V-------逻辑0-----显性电平

显性电平比电平**级要高。

 

CAN总线遵从“线与”机制：“显性”位可以覆 盖“隐性”位；只有所有节点都发 送“隐性”位， 总线才处于“隐性” 状态。这种“线与”机制使CAN总线呈现显性**的特性。

 

 

2.5 CAN总线连接器

 

一般嵌入式中，处理器MCU的CAN接口出来的是CAN TXD和CAN RXD，一手一发，但是实际接到CAN网络中还需要收发器，收发器输出的就是差分信号了CANH和CANL，如下图所示。

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