~~~CAN概述~~~

1. CAN總線定義

CAN,全稱為“Controller Area Network”,CAN總線是控制器局域網(wǎng)總網(wǎng)，由德國(guó)博世公司研發(fā)出來的IOS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化串行通信協(xié)議總線，是一種分布式實(shí)時(shí)控制的串行網(wǎng)絡(luò)，用于在不同的ECU下傳輸數(shù)據(jù),是國(guó)際應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

2.CAN總線標(biāo)準(zhǔn)

CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，應(yīng)用層需要用戶定義，不同場(chǎng)景使用的不同的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，例如物理層和數(shù)據(jù)鏈路層使用ISO 11898 協(xié)議。

3.CAN網(wǎng)絡(luò)分層

遵循IOS\OSIwnagl標(biāo)準(zhǔn)模型，can規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，數(shù)據(jù)鏈路層又分邏輯鏈路控制子層LLC和媒介訪問控制子層MAC，不同的can標(biāo)準(zhǔn)僅物理層不同。

4.CAN協(xié)議

CAN有兩個(gè)ISO國(guó)際通信協(xié)議 ：

ISO11519：定義了通信速率10~125kbps的低速can通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于開環(huán)總線，傳輸速度為40kbps時(shí)，總線長(zhǎng)度可達(dá)1000米 。低速can用于車身控制系統(tǒng)等要求高的場(chǎng)景，低速can在斷掉任一線路時(shí)還可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù) 。

ISO11898：定義了通信速率為125kbps~1mbps的高速can通信標(biāo)準(zhǔn)，屬于閉環(huán)總線，最高可達(dá)1mbps，總線長(zhǎng)度<40米 。高速can用于發(fā)動(dòng)機(jī) 變速箱等要求實(shí)時(shí)性 傳輸效率高場(chǎng)景。

5.CAN應(yīng)用層

CAN總線只提供可靠的傳輸服務(wù)，所以節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，要通過應(yīng)用層協(xié)議來判斷是誰發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)代表什么含義。

CAN應(yīng)用層協(xié)議驅(qū)動(dòng)是運(yùn)行在主控制器上的程序，它按照應(yīng)用層協(xié)議對(duì)CAN報(bào)文進(jìn)行定義，完成報(bào)文的解析和拼裝，例如：將幀ID當(dāng)作節(jié)點(diǎn)地址，當(dāng)接收到的幀ID與自身節(jié)點(diǎn)ID不通過時(shí)，就直接丟棄或交給上層處理。

6.ISO11898與ISO11519物理層不同點(diǎn)

7.CAN電壓

CAN總線上通過CAN_H和CAN_L兩條線的電位差來表示can信號(hào)，can總線上兩種電位差分別為顯性電平邏輯0和隱性電平邏輯1，顯性電平優(yōu)先級(jí)高于隱性電平，can控制器將cpu傳來的信號(hào)轉(zhuǎn)為邏輯電平，can發(fā)射器將接收到的邏輯電平轉(zhuǎn)化成差分電發(fā)送到can總線上。

8.CAN差分信號(hào)

9.開環(huán)總網(wǎng)絡(luò)/閉環(huán)總網(wǎng)絡(luò)

來自CSDN

來自CSDN

10.CAN的優(yōu)點(diǎn)

傳輸速度：傳輸最高速度可達(dá)1mbps，最遠(yuǎn)1000米，無損位仲裁機(jī)制，多主結(jié)構(gòu) 

低成本：ECUs通過單個(gè)CAN接口通信，布線成本低 

高集成：CAN總線系統(tǒng)允許在所有ECUs上進(jìn)行集中診斷和配置 

可靠性：該系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)故障和電磁干擾有很強(qiáng)的魯棒性，是汽車控制系統(tǒng)的理想選擇 

高效率：可以對(duì)信息ID進(jìn)行優(yōu)先排序，以便最高等級(jí)的的信息不被中斷 

靈活性：每個(gè)ECU包含一個(gè)用于can信號(hào)收發(fā)芯片，隨意添加can節(jié)點(diǎn)

11.CAN的特點(diǎn)

多主控制：總線空閑時(shí)ECU都可以發(fā)送信號(hào)，兩個(gè)以上單位同時(shí)發(fā)送信號(hào)時(shí)以標(biāo)識(shí)符（ID）決定優(yōu)先級(jí) 。

系統(tǒng)柔軟性：連接總線的單元沒有“地址”信息，所以添加新的單元時(shí)，其他的已連接的單元軟硬件和應(yīng)用層都不需要做出改變 具有錯(cuò)誤檢測(cè)，錯(cuò)誤通知，錯(cuò)誤恢復(fù)功能：所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能），檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元（錯(cuò)誤通知功能），正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止（錯(cuò)誤恢復(fù)功能）。

故障封閉功能：CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）。由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。

~~~CAN通訊詳解~~~

1.CAN的通訊流程

CAN通訊是一種基于信號(hào)的通信，信號(hào)的發(fā)送一般是基于事件和周期的屬性，CAN信號(hào)發(fā)送可以一對(duì)一，也可以一對(duì)多，采用廣播形式，也就一條總線上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)接收到，所以一條can總線上不允許多個(gè)ECU發(fā)送相同的CANID，避免總線沖突。

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2.CAN通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

實(shí)際上，CAN總線網(wǎng)絡(luò)底層只采用了OSI基本參照模型中的數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層。

3.CAN通訊載體

常見CAN總線是由帶屏蔽層的雙絞線、收發(fā)器、控制器和終端電阻組成的。

4.CAN的通訊節(jié)點(diǎn)

can通訊節(jié)點(diǎn)是由一個(gè)can控制器和can收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過can-Tx和can-Rx信號(hào)相連接，收發(fā)器與can總線之間用can-low和can-high信號(hào)線相連，其中can-tx和can-rx使用的普通類似ttl巡邏信號(hào)，而can-high和can-low是一對(duì)差分信號(hào)線，使用比較特別差分信號(hào) 。

TTL：晶體管_晶體管邏輯電平，TTL信號(hào)電平規(guī)定， 5V等價(jià)于邏輯1，0V等價(jià)于邏輯0，這樣的數(shù)據(jù)通信及電平規(guī)定方式，被稱為TTL。

5.CAN節(jié)點(diǎn)

CAN收發(fā)器是實(shí)現(xiàn)CAN控制器邏輯電平和CAN總線差分電平的互換，實(shí)現(xiàn)CAN收發(fā)器的方案有兩種：

一是使用CAN收發(fā)IC（需要加電源隔離和電氣隔離）

二是使用CAN隔離收發(fā)模塊

CAN控制器是CAN的核心元件，它實(shí)現(xiàn)了CAN協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能，能夠自動(dòng)完成CAN協(xié)議的解析，CAN控制器一般有兩種 一是控制器IC（SJA1000）二是集成CAN控制器的MCU（LPC11C00） 。

MCU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能電路和CAN控制器的控制，在節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)初始化CAN控制器參數(shù)；通過CAN控制器讀取和發(fā)送CAN幀；在CAN控制器發(fā)生中斷時(shí)，處理CAN控制器的中斷異常；根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)。

6.CAN節(jié)點(diǎn)構(gòu)建

構(gòu)建節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制，由下而上分為4部分，：

CAN節(jié)點(diǎn)電路

CAN控制器驅(qū)動(dòng)

CAN應(yīng)用層協(xié)議

CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序 

雖然不同節(jié)點(diǎn)完成的功能不同，但是都有相同的硬件和軟件架構(gòu)。

CAN的收發(fā)器和控制器分別對(duì)應(yīng)CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，完成CAN報(bào)文的收發(fā) 功能電路完成特定的功能，如信號(hào)采集或控制外設(shè)等 主控制器與應(yīng)用程序按照CAN報(bào)文格式解析報(bào)文，完成相應(yīng)控制CAN硬件驅(qū)動(dòng)是運(yùn)行在主控制器上的序，它主要完成以下工作：

基于寄存器的操作、初始化 

CAN控制器、發(fā)送CAN報(bào)文、接收CAN報(bào)文 

如果直接使用CAN硬件驅(qū)動(dòng)，當(dāng)更換控制器時(shí)，需要修改上層應(yīng)用程序，移植性差，在應(yīng)用層和硬件驅(qū)動(dòng)層加入虛擬驅(qū)動(dòng)層，能夠屏蔽不同CAN控制器的差異 。

一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)除了完成通信功能，還包括一些特定的硬件功能電路，功能電路驅(qū)動(dòng)向下直接控制功能電路，向上為應(yīng)用層提供控制功能電路的函數(shù)接口，特定功能包括 數(shù)據(jù)采集、人機(jī)顯示等。

7.CAN控制器

接口管理邏輯 解釋MCU指令，尋址CAN控制器中各功能模塊的寄存器單元，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息 。

發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)都可以儲(chǔ)存CAN總線網(wǎng)絡(luò)的完整信息 驗(yàn)收濾波是將儲(chǔ)存的驗(yàn)證碼與CAN報(bào)文的識(shí)別碼比較，跟驗(yàn)證碼符合的CAN幀才會(huì)儲(chǔ)存到接收緩沖區(qū) CAN內(nèi)核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的全部協(xié)議。

~~~CAN報(bào)文發(fā)送流程~~~

1.報(bào)文發(fā)送

節(jié)點(diǎn)發(fā)送要檢測(cè)到總線空閑狀態(tài)（連續(xù)11位隱性） 。

只有總線空閑時(shí)節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送報(bào)文 在發(fā)送過程中進(jìn)行回讀，判斷發(fā)出的位和回讀的位是否一致。

2.報(bào)文仲裁

線與機(jī)制 通過ID進(jìn)行制裁 顯性位能夠覆蓋隱性位，報(bào)文ID值越小，優(yōu)先等級(jí)越高。

報(bào)文同時(shí)發(fā)送時(shí)才啟動(dòng)仲裁機(jī)制

3.仲裁處理

非破壞性仲裁 退出仲裁后進(jìn)入接收狀態(tài) 。

總線空閑時(shí)重新發(fā)送

4.報(bào)文接收和過濾

通過濾波器對(duì)接收的報(bào)文進(jìn)行過濾 。

相關(guān)就接收，不相關(guān)就過濾。

~~~CAN幀解析~~~

1. CAN幀種類

數(shù)據(jù)幀：用于發(fā)送單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)的楨 

遙控幀：用于接收單元向相同ID單元發(fā)送請(qǐng)求的楨 

錯(cuò)誤幀：用于當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其他單元通知錯(cuò)誤的楨 

過載幀：用于接收單元通知其尚未做好準(zhǔn)備的楨 

幀間隔：用于將數(shù)據(jù)楨和遠(yuǎn)程楨與前面楨隔開的楨

2.CAN數(shù)據(jù)幀格式

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一、幀起始（SOF）

楨最開始就是起始幀，也叫（SOF）。

SOF恒定為顯性（1bit）。

來自CSDN

1.NRZ編碼與位填充

NRZ（非歸零）編碼 

確保報(bào)文緊湊，相同寬帶下信息量更大 。

不能保證足夠的跳變沿同步，帶來節(jié)點(diǎn)間計(jì)時(shí)器誤差的累積。

2.CAN的波特率及位同步

由于can屬于異步通信，沒有時(shí)鐘信號(hào)線，連接在同一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)像串口異步通訊那樣，節(jié)點(diǎn)間使用約定好的波特率進(jìn)行通訊，特別的 CAN 還會(huì)使用“位同步”的方式來抗干擾、吸收誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線電平信號(hào)進(jìn)行正確的采樣，確保通訊正常。

（1）位時(shí)序分解

為了實(shí)現(xiàn)位同步，CAN 協(xié)議把每一個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)序分解成如圖 所示的 SS 段、PTS 段、PBS1 段、PBS2 段，這四段的長(zhǎng)度加起來即為一個(gè) CAN 數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度。分解后最小的時(shí)間單位是 Tq，而一個(gè)完整的位由 8~25 個(gè) Tq 組成，總線上的各個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)只要約定好 1 個(gè) Tq 的時(shí)間長(zhǎng)度以及每一個(gè)數(shù)據(jù)位占據(jù)多少個(gè) Tq，就可以確定 CAN 通訊的波特率。

（2）CAN的同步機(jī)制

一個(gè)位時(shí)間內(nèi)只允許一種同步方式 任何一個(gè)從隱性到顯性的下降沿都可以用來同步 硬同步發(fā)生在報(bào)文SOF位，所有接收節(jié)點(diǎn)調(diào)整自己當(dāng)前位的同步段 重同步發(fā)生在一個(gè)報(bào)文SOF位之外的其他段，當(dāng)下降沿在同步段之外時(shí)發(fā)生重同步 從SOF到?jīng)_裁場(chǎng)發(fā)送時(shí)間段內(nèi)，如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文，那么這些節(jié)點(diǎn)對(duì)跳變沿不發(fā)生重同步。

（3）硬件同步

接收單元在總線空閑時(shí)檢測(cè)出幀起始時(shí)進(jìn)行的同步調(diào)整 。

在檢測(cè)出邊沿的地方不考慮SJW值，而認(rèn)為SS段。

（4）再同步

在接收過程中檢測(cè)總線電平發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行同步調(diào)整 當(dāng)檢測(cè)出邊沿時(shí)，根據(jù)SJW值通過加長(zhǎng)PBS1段或縮短PBS2段進(jìn)行同步，但如果發(fā)生超出SJW值的誤差時(shí)，最大調(diào)整量不能超過SJW值。

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二、仲裁段

仲裁段是用來判斷一幀報(bào)文的優(yōu)先等級(jí)（包含報(bào)文源地址和目標(biāo)地址）。

數(shù)據(jù)仲裁段RTR恒定為顯性，遠(yuǎn)程幀恒定為隱性（標(biāo)準(zhǔn)幀11位bit，拓展幀29位bit。

仲裁場(chǎng)SSR與標(biāo)準(zhǔn)幀同一位置，故名遠(yuǎn)程代替請(qǐng)求位 SRR為隱性1，確保標(biāo)準(zhǔn)幀收發(fā)高于拓展幀優(yōu)先級(jí)。

仲裁場(chǎng)IDE位，標(biāo)準(zhǔn)幀中的IDE對(duì)應(yīng)拓展幀中的IDE，確保前11位ID相同下，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于拓展幀 區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)幀和拓展幀 。

標(biāo)準(zhǔn)楨為顯性0（11位ID） 拓展楨為隱性1（29位ID）。

三、控制段

保留位r0，r1發(fā)送時(shí)必須是顯性，接受方可以是顯性和隱性任意組合 最后4個(gè)字節(jié)的DLC代表數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，指示了數(shù)據(jù)楨中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，對(duì)于沒有數(shù)據(jù)段的遙控幀，DLC表示該遙控幀對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。

四、數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段為數(shù)據(jù)幀的核心內(nèi)容，它是節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的原始信息，由 0~8 個(gè)字節(jié)組成，MSB 先行。

五、校驗(yàn)場(chǎng)（CRC）

CRC段包含了CRC校驗(yàn)序列（15位）和CRC界定符1（隱性）。

六、應(yīng)答場(chǎng)（ACK）

發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ack段發(fā)送2個(gè)隱性位，即發(fā)送方發(fā)送報(bào)文ack槽為隱性 。

接受節(jié)點(diǎn)在接收到正確信息后在ack槽發(fā)送顯性，通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)正常接收。

七、幀結(jié)束（EOF）

固定格式，連續(xù)7個(gè)隱性單位，表示數(shù)據(jù)楨結(jié)束。

八、ITM間歇場(chǎng)

固定格式 ：3個(gè)連續(xù)的隱性位 ITM后進(jìn)入總線空閑狀態(tài)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)可以收發(fā)報(bào)文。

3.遙控幀

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4.錯(cuò)誤幀

在發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文時(shí)，總線上的節(jié)點(diǎn)如果檢測(cè)出了錯(cuò)誤，那么該節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤一共有5種，多種錯(cuò)誤可能同時(shí)發(fā)生：

位錯(cuò)誤 

填充錯(cuò)誤 

CRC錯(cuò)誤 

格式錯(cuò)誤 

ACK錯(cuò)誤。

（1）.錯(cuò)誤幀的輸出

檢測(cè)出滿足錯(cuò)誤條件的單元輸出錯(cuò)誤標(biāo)志通報(bào)錯(cuò)誤。

處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志為主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志；處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志為被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。

發(fā)送單元發(fā)送完錯(cuò)誤幀后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀、

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（2）.節(jié)點(diǎn)狀態(tài)

節(jié)點(diǎn)始終處于3種狀態(tài)：

• 總線關(guān)閉        

    不能收發(fā)任何報(bào)文 

• 被動(dòng)錯(cuò)誤        

    能夠進(jìn)行總線通信        

    錯(cuò)誤產(chǎn)生時(shí)發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)連續(xù)隱性位）        

    限制（不能連續(xù)發(fā)送2次報(bào)文） 

• 主動(dòng)錯(cuò)誤 

    正常進(jìn)行總線通信，錯(cuò)誤產(chǎn)生時(shí)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)連續(xù)顯性位）

5.過載幀

6.幀間隔

~~~CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率~~~

1.CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率

CAN負(fù)載率概念CAN總線負(fù)載率是指在CAN總線上單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際傳送的位數(shù)和可以傳送的位數(shù)之比。

2.標(biāo)準(zhǔn)CAN負(fù)載率計(jì)算

幀起始（1bit）、仲裁域（12bit）、控制域（6bit）、數(shù)據(jù)域（8×8bit）、循環(huán)冗余碼域（15bit）、應(yīng)答域（2bit）、1（bit）分隔符和幀結(jié)尾（7bit），共108位，但實(shí)際發(fā)送一幀報(bào)文長(zhǎng)度應(yīng)該在111左右。

3.拓展幀負(fù)載率計(jì)算

幀起始（1bit）、仲裁域（29bit）、控制域（6bit）、數(shù)據(jù)域（8×8bit）、循環(huán)冗余碼域（15bit）、應(yīng)答域（2bit）和幀結(jié)尾（7bit），共124位，但實(shí)際發(fā)送一幀報(bào)文長(zhǎng)度應(yīng)該在128左右。