CAN总线百科

CAN总线基本概念

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO世界规范化的串行通讯协议。在轿车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各式各样的电子操控体系被开发了出来。因为这些体系之间通讯所用的数据类型及对牢靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的状况许多，线束的数量也随之添加。为习惯“削减线束的数量”、“经过多个LAN，进行许多数据的高速通讯”的需求，1986 年德国电气商博世公司开发出面向轿车的CAN 通讯协议。尔后，CAN 经过ISO11898 及ISO11519 进行了规范化，在欧洲已是轿车网络的规范协议。

CAN 的高性能和牢靠性已被认同，并被广泛地运用于工业主动化、船只、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今主动化范畴技能开展的热门之一，被誉为主动化范畴的核算机局域网。它的出现为分布式操控体系完结各节点之间实时、牢靠的数据通讯供给了强有力的技能支撑。

CAN总线优势

CAN归于现场总线的范畴，它是一种有用支撑分布式操控或实时操控的串行通讯网络。较之许多RS-485依据R线构建的分布式操控体系而言，依据CAN总线的分布式操控体系在以下方面具有显着的优越性：

网络各节点之间的数据通讯实时性强

首要，CAN操控器作业于多种办法，网络中的各节点都可依据总线拜访优先权（取决于报文标识符）选用无损结构的逐位裁定的办法竞赛向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通讯数据进行编码，这可使不同的节点一起接收到相同的数据，这些特色使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通讯实时性强，而且简略构成冗余结构，进步体系的牢靠性和体系的灵活性。而运用RS-485只能构成主从式结构体系，通讯办法也只能以主站轮询的办法进行，体系的实时性、牢靠性较差；

缩短了开发周期

CAN总线经过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状况只能是高电平或悬浮状况，CANL端只能是低电平或悬浮状况。这就确保不会在出现在RS-485网络中的现象，即当体系有过错，出现多节点一起向总线发送数据时，导致总线出现短路，然后损坏某些节点的现象。而且CAN节点在过错严峻的状况下具有主动封闭输出功用，以使总线上其他节点的操作不受影响，然后确保不会出现象在网络中，因单个节点出现问题，使得总线处于“死锁”状况。而且，CAN具有的完善的通讯协议可由CAN操控器芯片及其接口芯片来完结，然后大大下降体系开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

已构成世界规范的现场总线

别的，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通讯速率高、简略完结、且性价比高级许多特色的一种已构成世界规范的现场总线。这些也是CAN总线运用于许多范畴，具有微弱的市场竞赛力的重要原因。

最有出路的现场总线之一CAN 即操控器局域网络，归于工业现场总线的范畴。与一般的通讯总线比较,CAN总线的数据通讯具有杰出的牢靠性、实时性和灵活性。因为其杰出的性能及共同的规划，CAN总线越来越遭到人们的注重。它在轿车范畴上的运用是最广泛的，世界上一些闻名的轿车制造厂商，如BENZ（奔跑）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）、ROLLS-ROYCE（劳斯莱斯）和JAGUAR（美洲豹）等都选用了CAN总线来完结轿车内部操控体系与各检测和履行机构间的数据通讯。一起，因为CAN总线自身的特色，其运用规模已不再局限于轿车行业，而向主动操控、航空航天、帆海、进程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等范畴开展。CAN现已构成世界规范，并已被公认为几种最有出路的现场总线之一。其典型的运用协议有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

CAN总线的开展

操控器部分网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代轿车运用抢先推出的一种多主机部分网，因为其高性能、高牢靠性、实时性等长处现已广泛运用于工业主动化、多种操控设备、交通工具、医疗仪器以及修建、环境操控等许多部分。操控器部分网将在我国敏捷遍及推行。

跟着核算机硬件、软件技能及集成电路技能的敏捷开展，工业操控体系已成为核算机技能运用范畴中最具生机的一个分支，并取得了巨大进步。因为对体系牢靠性和灵活性的高要求，工业操控体系的开展首要表现为：操控面向多元化，体系面向涣散化，即负载涣散、功用涣散、风险涣散和地域涣散。

涣散式工业操控体系便是为习惯这种需求而开展起来的。这类体系是以微型机为中心，将 5C技能–COMPUTER（核算机技能）、CONTROL（主动操控技能）、COMMUNICATION（通讯技能）、CRT（显现技能）和 CHANGE（转化技能）紧密结合的产品。它在习惯规模、可扩展性、可维护性以及抗毛病才能等方面，较之涣散型外表操控体系和集中型核算机操控体系都具有显着的优越性。

典型的涣散式操控体系由现场设备、接口与核算设备以及通讯设备组成。现场总线（FIELDBUS）能一起满意进程操控和制造业主动化的需求，因而现场总线已成为工业数据总线范畴中最为活泼的一个范畴。现场总线的研讨与运用已成为工业数据总线范畴的热门。虽然对现场总线的研讨没有能提出一个完善的规范，但现场总线的高性能价格必将招引许多工业操控体系选用。一起，正因为现场总线的规范没有一致，也使得现场总线的运用得以形形色色地发挥，并将为现场总线的完善供给愈加丰厚的依据。操控器部分网 CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在这种布景下应运而生的。

因为CAN为愈来愈多不同范畴选用和推行，导致要求各种运用范畴通讯报文的规范化。为此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制定并发布了 CAN技能规范（VERSION 2.0）。该技能规范包含A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技能规范版别1.2中界说的CAN报文格式，能供给11位地址；而2.0B给出了规范的和扩展的两种报文格式，供给29位地址。尔后，1993年11月ISO正式公布了路途交通运载工具–数字信息交流–高速通讯操控器部分网（CAN）世界规范（ISO11898），为操控器部分网规范化、规范化推行铺平了路途。

CAN总线的特色

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为处理现代轿车中许多的操控与测验仪器之间的数据交流而开发的一种串行数据通讯协议，它是一种多主总线，通讯介质可所以双绞线、同轴电缆或光导纤维。通讯速率最高可达1Mbps。

完结对通讯数据的成帧处理

CAN总线通讯接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功用，可完结对通讯数据的成帧处理，包含位填充、数据块编码、循环冗余查验、优先级判别等项作业。

使网络内的节点个数在理论上不受约束

CAN协议的一个最大特色是废除了传统的站地址编码，而代之以对通讯数据块进行编码。选用这种办法的长处可使网络内的节点个数在理论上不受约束，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因而能够界说2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的办法，还可使不同的节点一起接收到相同的数据，这一点在分布式操控体系中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满意一般工业范畴中操控指令、作业状况及测验数据的一般要求。一起，8个字节不会占用总线时刻过长，然后确保了通讯的实时性。CAN协议选用CRC查验并可供给相应的过错处理功用，确保了数据通讯的牢靠性。CAN杰出的特性、极高的牢靠性和共同的规划，特别合适工业进程监控设备的互连，因而，越来越遭到工业界的注重，并已公认为最有出路的现场总线之一。

可在各节点之间完结自在通讯

CAN总线选用了多主竞赛式总线结构，具有多主站运转和涣散裁定的串行总线以及播送通讯的特色。CAN总线上恣意节点可在恣意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因而可在各节点之间完结自在通讯。CAN总线协议已被世界规范化安排认证，技能比较老练，操控的芯片现已商品化，性价比高，特别适用于分布式测控体系之间的数通讯。CAN总线插卡能够恣意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控体系。

结构简略

只要2根线与外部相连，而且内部集成了过错勘探和办理模块。

传输间隔和速率

CAN总线特色：(1) 数据通讯没有主从之分，恣意一个节点能够向任何其他（一个或多个）节点建议数据通讯，靠各个节点信息优先级先后次序来决议通讯次第，高优先级节点信息在134μs通讯; (2) 多个节点一起建议通讯时，优先级低的躲避优先级高的，不会对通讯线路形成拥塞; (3) 通讯间隔最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可到达1Mbps(通讯间隔小于40M）；（4) CAN总线传输介质可所以双绞线，同轴电缆。CAN总线适用于大数据量短间隔通讯或许长间隔小数据量，实时性要求比较高，多主多从或许各个节点相等的现场中运用。

CAN总线技能介绍

位裁定

要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站一起需求发送数据时，要求快速地进行总线分配。实时处理经过网络交流的紧迫数据有较大的不同。一个快速改变的物理量，如轿车引擎负载，将比相似轿车引擎温度这样相对改变较慢的物理量更频频地传送数据并要求更短的延时。

CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在体系规划时被建立后就不能再被更改。总线读取中的抵触可经过位裁定处理。如图2所示，当几个站一起发送报文时，站1的报文标识符为011111；站2的报文标识符为0100110；站3的报文标识符为0100111。一切标识符都有相同的两位01，直到第3位进行比较时，站1的报文被丢掉，因为它的第3位为高，而其它两个站的报文第3位为低。站2和站3报文的4、5、6位相同，直到第7位时，站3的报文才被丢掉。留意，总线中的信号继续盯梢终究取得总线读取权的站的报文。在此例中，站2的报文被盯梢。这种非破坏性位裁定办法的长处在于，在网络终究确认哪一个站的报文被传送曾经，报文的开始部分现已在网络上传送了。一切未取得总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的接收站，而且不会在总线再次闲暇前发送报文。

CAN具有较高的功率是因为总线只是被那些恳求总线悬而未决的站运用，这些恳求是依据报文在整个别系中的重要性按次序处理的。这种办法在网络负载较重时有许多长处，因为总线读取的优先级已被按次序放在每个报文中了，这能够确保在实时体系中较低的个别隐伏时刻。

关于主站的牢靠性，因为CAN协议履行非集中化总线操控,一切首要通讯，包含总线读取 （答应）操控，在体系平分几回完结。这是完结有较高牢靠性的通讯体系的仅有办法。

CAN与其它通讯计划的比较

在实践中，有两种重要的总线分配办法：按时刻表分配和按需求分配。在榜首种办法中，不管每个节点是否恳求总线，都对每个节点按最大期间分配。由此，总线可被分配给每个站而且是仅有的站，而不管其是当即进行总线存取或在一特定时刻进行总线存取。这将确保在总线存取时有清晰的总线分配。在第二种办法中，总线按传送数据的基本要求分配给一个站，总线体系按站期望的传送分配（如：EthernetCSMA/CD）。因而，当多个站一起恳求总线存取时，总线将停止一切站的恳求，这时将不会有任何一个站取得总线分配。为了分配总线，多于一个总线存取是必要的。