CAN(江科大CAN学习)

news2024/9/20 20:33:29

1.CAN

CAN简介

• CAN 总线（ Controller Area Network Bus ）控制器局域网总线

CAN总线构建的是一种局域网网络，每个挂载在can总线上的设备，都可以利用这个局域网去发送自己的信息，也可以接受局域网的各种消息，每个设备都是平等的，都在共享这个局域网的通信资源，这就是CAN总线的设计理念。

• CAN 总线是由 BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域

•CAN总线特征：

√ 两根通信线（ CAN_H 、 CAN_L ），线路少，无需共地(因为是差分信号，IIC其实是3根线，要共地）

√ 差分信号通信，抗干扰能力强

√ 高速CAN （ ISO11898 ）： 125k~1Mbps, <40m

√ 低速CAN （ ISO11519 ）： 10k~125kbps, <1km

√ 异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定

√ 半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序

√ 11位 /29 位报文 ID ，用于区分消息功能，同时决定优先级

√ 可配置1~8 字节的有效载荷

√ 可实现广播式（一个设备发送，其他设备都能收到，接收方根据报文ID决定用不用这个数据）和请求式两种传输方式（数据发送方不会主动广播自己的数据，只有接到接收方发出的请求，发送方才会发数据，这样一个数据的传输就需要先请求再接收两个过程）

√ 应答、CRC 校验、位填充、位同步、错误处理等特性

主流通信协议对比

名称	引脚	双工	时钟	电平	设备	应用场景
UART	TX、RX	全双工	异步	单端	点对点	两个设备互相通信
I2C	SCL、SDA	半双工	同步	单端	多设备	一个主控外挂多个模块
SPI	SCK、MOSI、MISO、SS	全双工	同步	单端	多设备	一个主控外挂多个模块（高速）
CAN	CAN_H、CAN_L	半双工	异步	差分	多设备	多个主控互相通信

CAN硬件电路

• 每个设备通过 CAN 收发器挂载在 CAN 总线网络上

• CAN 控制器引出的 TX 和 RX 与 CAN 收发器相连（无需交叉）， CAN 收发器引出的 CAN_H 和 CAN_L 分别与总线的 CAN_H 和 CAN_L 相连

• 高速 CAN 使用闭环网络， CAN_H 和 CAN_L 两端添加 120Ω的终端电阻( 两个电阻的作用，一个是防止回波反射，尤其是高频信号，远距离传输的场景。如果不加电阻，信号波形会在线路终端反射，进而影响干扰原始信号。第二个作用是没有设备操作时，将两根差分线的电压收紧，使其电压一致。 )

• 低速 CAN 使用开环网络， CAN_H 和 CAN_L 其中一端添加 2.2kΩ 的终端电阻

CAN电平标准

•CAN总线采用差分信号，即两线电压差（VCAN_H-VCAN_L）传输数据位
•高速CAN规定：
        电压差为0V时表示逻辑1（隐性电平）
        电压差为2V时表示逻辑0（显性电平）
•低速CAN规定：
        电压差为-1.5V时表示逻辑1（隐性电平）
        电压差为3V时表示逻辑0（显性电平）

两线收紧，没有电压差，是默认状态，所以称为隐性。两线张开产生电压差，是需要设备干预的状态，所以称为显性。
因为电路约定成俗的习惯，默认状态高电平1，所以默认的隐性电瓶就和逻辑1绑定，显性和0绑定显性跟隐性同时出现时，总线显示出显性电瓶状态。

高速CAN加闭合的终端电阻，有利于总线快速回归到隐性电平，也就是相等的电平，回归隐形电瓶快，传输速度就快，低速CAN总线回归隐性电瓶慢，传输速度自然慢

两根线的隐性电平不相等，如果是闭合回路的话，就会强制拉紧两根线上的电平使他们相等，这与低速can的设计理念两根线默认隐形电平不相同相违背。

CAN收发器 – TJA1050（高速CAN）

$V\,ref$ 和S不用管

如果TXD给1，则不会对总线进行任何操作，总线呈现默认的隐性电瓶1。如果TXD悬空，则默认也是给1。如果TXD给零，则驱动器会把CAN_H拉高，CAN_L拉低，输出显性电瓶0。如果t xd一直给零出错了，则显性超时，收发器为主动释放CAN总线

2.CAN总线帧格式

1.数据帧

• SOF （ Start of Frame ）：帧起始，表示后面一段波形为传输的数据位

• ID （ Identify ）：标识符，区分功能，同时决定优先级

• RTR （ Remote Transmission Request ）：远程请求位，区分数据帧和遥控帧

• IDE （ Identifier Extension ）：扩展标志位，区分标准格式和扩展格式

• SRR （ Substitute Remote Request ）：替代 RTR，协议升级时留下的无意义位（为了保证仲
裁优先级原则，这一位必须给隐性1）

• r0/r1 （ Reserve ）：保留位，为后续协议升级留下空间

• DLC （ Data Length Code ）：数据长度，指示数据段有几个字节

• Data ：数据段的 1~8 个字节有效数据

• CRC （ Cyclic Redundancy Check ）：循环冗余校验，校验数据是否正确

• ACK （ Acknowledgement ）：应答位，判断数据有没有被接收方接收

• CRC/ACK 界定符：为应答位前后发送方和接收方释放总线留下时间

• EOF （ End of Frame ）：帧结束，表示数据位已经传输完毕

2.遥控帧

•遥控帧无数据段，RTR为隐性电平1，其他部分与数据帧相同

相当于就是先遥控帧之后，再数据帧。

3.错误帧

•总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现“位错误”或“填充错误”或“CRC错误”或“格式错误”或“应答错误” ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备

4.过载帧

•当接收方收到大量数据而无法处理时，其可以发出过载帧，延缓发送方的数据发送，以平衡总线负载，避免数据丢失

5.帧间隔

•将数据帧和远程帧与前面的帧分离开

6.位填充

•位填充规则：发送方每发送5个相同电平后，自动追加一个相反电平的填充位，接收方检测到填充位时，会自动移除填充位，恢复原始数据

•位填充作用
√ 增加波形的定时信息，利于接收方执行“再同步”，防止波形长时间无变化，导致接收方不能精确掌握数据采样时机
√ 将正常数据流与“错误帧”和“过载帧”区分开，标志“错误帧”和“过载帧”的特异性
√ 保持CAN总线在发送正常数据流时的活跃状态，防止被误认为总线空闲（CAN规定，当连续11个
隐性1后，默认为空闲）