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CAN 基础知识

什么是 CAN ?
CAN,全称为“Controller work”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初,CAN 被设计作
为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置 ECU 之间交换信息,形成汽车电子控制网络。比如:发动机管理系统、
变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入 CAN 控制装置。
一个由 CAN 总线构成的单一网络中,理论上可以挂接无数个节点。实际应用中,节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
例如,当使用 Philips P82C250 作为 CAN 收发器时,同一网络中允许挂接 110 个节点。
CAN 可提供高达 1Mbit/s 的数据传输速率,这使实时控制变得非常容易。另外,硬件的错误检定特性也增强了 CAN 的
抗电磁干扰能力。

CAN 是怎样发展起来的?
CAN 最初出现在 80 年代末的汽车工业中,由德国 Bosch 公司最先提出。当时,由于消费者对于汽车功能的要求越来
越多,而这些功能的实现大多是基于电子操作的,这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂,同时意味着需要更多的连接信号
线。提出 CAN 总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯,减少不断增加的信号线。于是,他
们设计了一个单一的网络总线,所有的外围器件可以被挂接在该总线上。1993 年,CAN 已成为国际标准 ISO11898(高速应
用)和 ISO11519(低速应用)。
CAN 是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何
错误。当信号传输距离达到 10Km 时,CAN 仍可提供高达 50Kbit/s 的数据传输速率。
由于 CAN 总线具有很高的实时性能,因此,CAN 已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广
泛应用。

CAN 是怎样工作的?
CAN 通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN 层的定义与开放系统互连模型(OSI)一致。每一层与另一设
备上相同的那一层通讯。实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层,而设备只通过模型物理层的物理介质互连。CAN 的规范
定义了模型的最下面两层:数据链路层和物理层。下表中展示了 OSI 开放式互连模型的各层。应用层协议可以由 CAN 用户
定义成适合特别工业领域的任何方案。已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准是,这是为 PLC 和智能传
感器设计的。在汽车工业,许多制造商都应用他们自己的标准。
表 1 OSI 开放系统互连模型
7 应用层最高层。用户、软件、网络终端等之间用来进行信息交换。如:
6 表示层将两个应用不同数据格式的系统信息转化为能共同理解的格式
5 会话层依靠低层的通信功能来进行数据的有效传递。
4 传输层两通讯节点之间数据传输控制。操作如:数据重发,数据错误修复
3 网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。如:路由和寻址
2 数据链路层规定了在介质上传输的数据位的排列和组织。如:数据校验和帧结构
1 物理层规定通讯介质的物理特性。如:电气特性和信号交换的解释
CAN 能够使用多种物