CAN总线入门如此简单

很难找到一篇能够适合初学者CAN总线原理的文章，因此小编本着通俗易懂的原则编写此文!

什么是CAN总线?

CAN总线应用于汽车，实现电子控制器和传感器之间的通信

Ø 高可靠性、低成本的通信协议。

Ø 最初由Robert Bosch于1986年开发。

Ø 主要应用于汽车、卡车、拖拉机、工业机器人。

想象一下，一辆汽车就像一个人：

Ø CAN总线是神经系统，使身体各部分之间的通信得以实现。

Ø ECU通过CAN总线连接，该总线相当于一个中央网络系统。

什么是ECU?

Ø 在汽车CAN总线系统中，ECUs可以是发动机控制单元、安全气囊或音频系统。

Ø 一辆现代汽车最多可以有70辆ECUs。

CAN总线5大特性

Ø 低成本：ECUs通过单个CAN接口进行通信，布线成本低。

Ø 高集成：CAN总线系统允许在所有ECUs上进行集中错误诊断和配置。

Ø 可靠性：该系统对子系统的故障和电磁干扰具有很强的鲁棒性，是汽车控制系统的理想选择。

Ø 高效率：可以通过id对消息进行优先级排序，以便最高优先级的id不被中断。

Ø 灵活性：每个ECU包含一个用于CAN总线收发芯片，随意添加CAN总线节点。

CAN总线发展史

Ø 未出现前：汽车ECUs依靠越来越复杂的点对点布线。

Ø 1986年：Bosch公司开发了CAN总线协议作为汽车电子解决方案，并在SAE大会上发布。

Ø 1991年：Bosch公司发布了CAN2.0，包涵CAN 2.0A (11 位) 和CAN 2.0B (29 位)。

Ø 1993年：CAN总线列入标准(ISO 11898)。

Ø 2012年：Bosch公司发布了CAN FD 1.0

Ø 今天：几乎每一辆汽车都有CAN总线系统，它广泛应用于卡车、公共汽车、工业车辆、船舶、飞机和工业自动化。

CAN总线的未来

展望未来，CAN总线将继续前行——而且更有可能是随着云计算、物联网和自动驾驶汽车的兴起。这些趋势还将增加可以使用WiFi /蜂窝网络连接的CAN总线的需求——允许无线传输的CAN总线数据，例如云服务器。

为了实现这一目标，CAN FD将是一个关键的组成部分。基本上，今天的CAN总线系统面临一个主要的障碍:1 Mbit/s的速度限制随着数据速度的复杂性和需求的增加(更多的ECUs，数据)，这是一个越来越大的挑战。

Ø CAN FD提供两个关键的指标：

n 数据传输速率达到8Mbit/s——远远超出常规的1Mbit/s。

n 64字节的数据包——而不是8字节。

CAN总线物理结构与特性

CAN总线网络

CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L，各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输，为了避免信号的反射和干扰，还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120欧姆的终端电阻，但是为什么是120欧姆呢?那是因为电缆的特性阻抗为120欧。

CAN收发器

CAN收发器的作用是负责逻辑电平和信号电平之间的转换。

即从CAN控制芯片输出逻辑电平到CAN收发器，然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。具体的管教定义如下：

CAN信号表示

CAN总线采用不归零码位填充技术，也就是说CAN总线上的信号有两种不同的信号状态，分别是显性的(Dominant)逻辑0和隐形的(recessive)逻辑1，信号每一次传输完后不需要返回到逻辑0(显性)的电平。

CAN收发器有TXD，RXD是与CAN控制器连接的。发送器接到网络的是CL和CH。CL与CH是差分电路。CAN网络上是用CL于CH的电压差来表示逻辑“0”和逻辑“1”。所以CAN网络中只能单向传输。

CAN仲裁

只要总线空闲，总线上任何节点都可以发送报文，如果有两个或两个以上的节点开始传送报文，那么就会存在总线访问冲突的可能。但是CAN使用了标识符的逐位仲裁方法可以解决这个问题。

在仲裁期间，每一个发送器都对发送的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一"隐性"电平而监视到的是一"显性"电平，那么这个节点失去了仲裁，必须退出发送状态。如果出现不匹配的位不是在仲裁期间则产生错误事件。

帧ID越小，优先级越高。由于数据帧的RTR位为显性电平，远程帧为隐性电平，所以帧格式和帧ID相同的情况下，数据帧优先于远程帧;由于标准帧的IDE位为显性电平，扩展帧的IDE位为隐形电平，对于前11位ID相同的标准帧和扩展帧，标准帧优先级比扩展帧高。

CAN总线通信协议

协议格式

 

序号	名称	位	描述
1	SOF	1	起始位，逻辑0使能，告诉其他ECU，消息即将到达。
2	CAN-ID	29	消息标识符，值越低优先级越高
3	RTR	1	远程传输请求标志位，允许ECUs“请求”来自其他ECUs的消息。
4	Control	6	数据包长度
5	Data	0-64	数据内容
6	CRC	16	16位循环冗余校验用于保证数据的完整性
7	ACK	2	应答标志，CRC是否校验正确
8	EOF	7	结束标识符

如何解析

下面是使用CANLoggerX000的汽车的一个示例日志文件:

# Logger type: CANLogger2000

# HW rev: 6.xx

# FW rev: 5.51

# Logger ID: ID0001

# Session No.: 9

# Split No.: 3

# Time: 20170508T064128

# Value separator: ";"

# Time format: 4

# Time separator: ""

# Time separator ms: ""

# Date separator: ""

# Time and date separator: "T"

# Bit-rate: 500000

# Silent mode: false

# Cyclic mode: false

Timestamp;Type;ID;Data

08T064254150;0;34d;1003fafa000d00ff

如果我们查看上面的原始CAN总线数据样本，可能会注意到:

原始的CAN总线数据没有意义!

这是因为我们需要将数据转换成按比例计算的工程值——也就是人类可读的形式。

要做到这一点，我们需要知道一些事情:

例如，在34d中的64位数据中，可能会有3个不同参数的数据，每个参数都有一个特定的起始点和位长。

针对这3个不同参数的数据，我们需要要知道如何解码：

每个参数都需要偏移量和刻度值

[数据值]=[偏移]+[刻度]x[原始数据值]