1、CAN通讯概述
2、CAN通讯特点
3、CAN通信差分信号
4、CAN通信数据帧介绍
1、CAN通讯概述
CAN 是 Controller Area Network 缩写(以下简称 CAN），是 ISO 国际标准化串行通信串行 协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种 开发了各种电子控制系统。由于这些系统之间通信的数据类型和对可靠性的要求 不同的是，由多条总线组成的情况很多，线束的数量也增加了。适应减少线束数量 “通过多个 LAN，高速通信需要大量数据， 1986 德国电气商博世公司发展了一年 向汽车的 CAN 通信协议。 CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 标准化，现在在欧洲 洲是汽车网络的标准协议。 现在， CAN 高性能和可靠性已得到认可，并广泛应用于工业自动化、船舶和医疗设施 准备、工业设备等。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被称为自动化领域 计算机局域网。它的出现为每个节点之间的实时可靠的数据通信提供了强大的分布式控制系统 力的技术支持。
2、CAN通讯特点
CAN 控制器根据两条线上的电位差判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平， 两者必须是其中之一。发送方通过改变总线电平将消息发送给接收方。 CAN 协议具有以下特点： 1） 多主控制。 在总线空闲时，所有单元都可以发送消息（多主控制）， 两个以上单元 同时，根据标志符号开始发送消息（ Identifier 以下称为 ID）决定优先级。 ID 并不是 表示发送的目的地址，但表示访问总线的优先级。两个以上单位同时开始 发送消息时，发送消息 ID 逐一仲裁比较每个位置。仲裁获胜(被判定为优先级) 最高)单位可以继续发送消息，仲裁失败的单位可以立即停止发送并接收。 2） 柔软的系统。 连接到总线的单元没有类似于地址的信息。因此，在总线上增加单位 连接到总线的其他单元的软硬件和应用层不需要改变。 3） 通信速度快，通信距离长。 最高 1Mbps（距离小于 40M），最远可达 10KM（速率低 于 5Kbps）。 4） 具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。 所有单元都可以检测错误(错误检测功能)， 检测到错误的单位将立即通知所有其他单位（错误通知功能）发送消息 一旦检测到错误，当前发送将被迫结束。强制结束发送的单元将重复 将此消息发送至成功发送(功能恢复错误)。 5） 故障封闭功能。CAN 可以判断错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声等) 或持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。 当连续数据错误发生时，导致故障的单元可以从总线上隔离。 6） 多个连接节点。 CAN 总线是可以同时连接多个单元的总线。理论上，可连接的单元总数不是 有限制。但实际上，可连接的单元数量受到总线上时间延迟和电气负荷的限制。减少通道 可连接单元数增加，通信速度增加，可连接单元数减少。 正是因为 CAN 协议的这些特征使 CAN 特别适用于工业过程监控设备的连接，因此， 越来越受到工业界的重视，被公认为最有前途的现场总线之一。 CAN 协议经过 ISO 标准化后有两个标准：ISO11898标准和 ISO11519-2 标准。其中 ISO11898针对通信速率 125Kbps~1Mbps 和 ISO11519-2 通信速率为 125Kbps以下低速通信标准。
3、CAN通信差分信号
当逻辑"0"(显性电平)，CAN_High和CAN_Low的压差2.5v；当逻辑"1"(隐性电平)，CAN_High和CAN_Low的压差0v。
在CAN只要输出显性电平，总线同时处于显性电平状态。I2c总线的线与特性。
由于 CAN 只有总线协议的物理层 1 对差分线只能在一刻表示信号 ，因此，对于通信节点， CAN 通讯是半双工 的，收发数据需要分时进行。在 CAN 在通信网络中，由于共享总线，整个网络只能同时发送一个通信节点，其余节点只能在此时接收。
如果使用500Kbps 使用的是通信速率 ISO11898 本标准的物理层特殊标准 征如图
图1ISO11898 物理层特性
从这一特性可以看出， 显性电平对应逻辑 0， CAN_H 和 CAN_L 之差为 2.5V 左右 电平对应逻辑 1， CAN_H 和 CAN_L 之差为 0V。 只要总线有显性电平，就有优先权 单元输出显性电平，总线为显性电平。隐形电平具有包容性，只有所有单元 输出隐性电平，总线上才为隐性电平（显性电平比隐性电平更强）。另外， 在 CAN 总线的起止 端都有一个 120Ω阻抗匹配用于减少回波反射。 CAN 协议通过如下 5 帧类型： ? 数据帧 ? 遥控帧 ? 错误帧 ? 过载帧 ? 间隔帧 此外，数据帧和遥控帧有两种格式：标准格式和扩展格式。标准格式包括 11 个位标识符（ID）， 扩展格式有 29 个位的 ID。各种帧的用途如表 30.1.1 所示：
| 帧类型 | 帧用途 |
| 数据帧 | 用于向接收单元发送数据的帧 |
| 遥控帧 | 用于接收单位的相同方向 ID 发送单元要求数据的帧 |
| 错误帧 | 当检测到错误时，将错误帧通知其他单元 |
| 过载帧 | 接收单位通知其未准备好接收的帧 |
| 间隔帧 | 用于将数据帧和遥控帧与前帧分离 |
表 1 CAN 协议各种帧及其用途
4、CAN通信数据帧介绍
数据帧数据帧组成 7 段构成，即： （1） 帧开始。表示数据帧开始的段。 （2） 仲裁段。表示帧优先级。 （3） 控制段。表示数据字节数和保留段。 （4） 数据段。数据可以发送数据内容 0~8 字节数据。 （5） CRC 段落。检查帧传输错误的段落。 （6） ACK 段。表示确认正常接收段。 （ 7） 帧结束。表示数据帧结束的段落 &nbs; 图2 数据帧的构成
图中 D 表示显性电平， R 表示隐形电平（下同）。 帧起始，这个比较简单， 标准帧和扩展帧都是由 1 个位的显性电平表示帧起始。 仲裁段，表示数据优先级的段，标准帧和扩展帧格式在本段有所区别
图3 数据帧仲裁段构成
标准格式的 ID 有 11 个位。从 ID28 到 ID18 被依次发送。禁止高 7 位都为隐性（禁止设 定： ID=1111111XXXX）。扩展格式的 ID 有 29 个位。基本 ID 从 ID28 到 ID18，扩展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和标准格式的 ID 相同。禁止高 7 位都为隐性（禁止设定：基本 ID=1111111XXXX）。 其中 RTR 位用于标识是否是远程帧（ 0，数据帧； 1，远程帧）， IDE 位为标识符选择位（ 0， 使用标准标识符； 1，使用扩展标识符）， SRR 位为代替远程请求位，为隐性位，它代替了标准 帧中的 RTR 位。 控制段，由 6 个位构成，表示数据段的字节数。标准帧和扩展帧的控制段稍有不同
图4 数据帧控制段构成
上图中， r0 和 r1 为保留位，必须全部以显性电平发送，但是接收端可以接收显性、隐性及 任意组合的电平。 DLC 段为数据长度表示段，高位在前， DLC 段有效值为 0~8，但是接收方接 收到 9~15 的时候并不认为是错误。 数据段，该段可包含 0~8 个字节的数据。从最高位（ MSB）开始输出，标准帧和扩展帧在 这个段的定义都是一样的。
图5 数据帧数据段构成
CRC 段，该段用于检查帧传输错误。 由 15 个位的 CRC 顺序和 1 个位的 CRC 界定符（用 于分隔的位）组成，标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。 图6 数据帧CRC段构成
此段 CRC 的值计算范围包括： 帧起始、仲裁段、控制段、数据段。接收方以同样的算法计 算 CRC 值并进行比较，不一致时会通报错误。 ACK 段，此段用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 个位组成。 标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。
图7 数据帧CRC段构成
发送单元的 ACK，发送 2 个位的隐性位，而接收到正确消息的单元在 ACK 槽（ACK Slot） 发送显性位，通知发送单元正常接收结束，这个过程叫发送 ACK/返回 ACK。发送 ACK 的是 在既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到正常消息的单元（发送单元 不发送 ACK）。所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、 CRC 错误的消息。 帧结束，这个段也比较简单，标准帧和扩展帧在这个段格式一样，由 7 个位的隐性位组成。 至此，数据帧的 7 个段就介绍完了，其他帧的介绍，请大家参考光盘的 CAN 入门书.pdf 相关章节。 接下来，我们再来看看 CAN 的位时序。 由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为 4 段。 ⚫ 同步段（SS） ⚫ 传播时间段（PTS） ⚫ 相位缓冲段 1（PBS1） ⚫ 相位缓冲段 2（PBS2） 这些段又由可称为 Time Quantum（以下称为 Tq）的最小时间单位构成。 1 位分为 4 个段，每个段又由若干个 Tq 构成，这称为位时序。 1 位由多少个 Tq 构成、每个段又由多少个 Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定 位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。各段的作用和 Tq 数
图8 一个位各段及其作用
图9 一个位的构成
上图的采样点，是指读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。位置在 PBS1 结束处。 根据这个位时序，我们就可以计算 CAN 通信的波特率了。具体计算方法，我们等下再介绍， 前面提到的 CAN 协议具有仲裁功能，下面我们来看看是如何实现的。 在总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权。 当多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性 电平最多的单元可继续发送。实现过程
图10 CAN 总线仲裁过程
上图中，单元 1 和单元 2 同时开始向总线发送数据，开始部分他们的数据格式是一样的， 故无法区分优先级，直到 T 时刻，单元 1 输出隐性电平，而单元 2 输出显性电平，此时单元 1 仲裁失利，立刻转入接收状态工作，不再与单元 2 竞争，而单元 2 则顺利获得总线使用权，继 续发送自己的数据。这就实现了仲裁，让连续发送显性电平多的单元获得总线使用权。
注：本文来源主要是正点原子stm32中对CAN通讯的相关介绍，若想了解更多可去搜索相关资料