1. 概述
在汽车产业的发展过程中，出于人们对安全性、舒适性、易用性、娱乐性等多种需求的增加，各种各样的汽车电子系统相继被发明出来。起初，它们都是基于点对点通信安装在汽车的各个部分。随着越来越多的电子系统的不断增加，整车上的线束越来越多，大大增加了汽车的生产和维护成本。于是，一种新的现场总线应运而生。这是当今汽车工业中得到了广泛的应用CAN总线。CAN总线是由德BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11519)是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN基于广播的串行数据通信协议，总线具有高性能、高可靠性、实时性等优点。
点对点通信
总线通信
2. 总线协议标准
2.1 CAN总线拓朴图
CAN物理层和链路层由总线标准定义ISO11898定义，用户自己定义应用层。CAN标准仅物理层不同。其拓扑图如下：
主要由CAN总线、CAN由收发器和设备节点组成。用于传输CAN总线信号总线信号CAN总线，由CAN_H和CAN_L由两条线组成；连接CAN用于转换逻辑电平和物理信号的总线和设备节点的单元电路称为CAN收发器；通过CAN在总线上连接收发器的设备称为设备节点。CAN对称差分信号在总线上传输。
2.2 CAN物理层
2.2.1 CAN总线
CAN总线由CAN_H和CAN_L由两条线组成，一般采用双绞线在线传输对称差分电平信号。CAN总线分为高速总线和低速总线。CAN总线最高信号传输率为1Mbps，低速CAN最高速度只有125Kbps。接法如下：
2.2.2 CAN收发器
CAN收发器主要用于连接设备节点CAN总线实现逻辑电平和CAN总线物理电平之间的转换起到隔离作用，防止设备节点出现问题CAN总线不能工作。收发器分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。其原理结构图如下：
2.2.3 CAN设备节点
CAN设备节点，即通过CAN连接收发器CAN并按总线CAN总线协议在CAN为了实现数据的传输和接收，如拓朴图上的温度传感器等，总线收发报文。它通常集成了一个CAN实现总线控制器CAN总线协议。
CAN控制器
2.2.4 CAN总线信号
CAN总线采用差分信号传输数据，逻辑0和逻辑1用两条差分信号线的电压差表示。在逻辑1中，CAN_H和CAN_L电压差小于0.5V称为隐性电平（Recessive）；逻辑0，CAN_H和CAN_L的电压差大于0.9V，称为显性电平（Dominant）。
2.3 数据链路层
2.3.1 通信机制
从节点的角度来看，CAN总线协议采用多主机模式，每个设备节点在总线空闲时都可以向总线发送信息。因此，在发送数据之前，网络上的每个节点都应检测总线上是否有数据传输：如果网络上有数据，则暂时不发送数据，等待网络在空闲时间发送；如果网络上没有数据，请立即发送准备好的数据。从报文的角度来看，CAN总线协议通过消息标识符（Identifier）区分新闻和仲裁总线使用权的优先级。若多个节点向总线发送消息，则以最高优先级获取总线。通过ID仲裁，ID报文优先级越小，数值越高。在检测到更高优先级报纸时，发送低优先级报纸的节点退出总线竞争，等待下一条总线自动重新发送报纸。
2.3.2 报文类型及结构
在CAN以帧为单位，CAN总线定义了数据帧、远程帧、错误帧、超载帧和帧间隔五种帧。数据帧根据仲裁段的长度分为标准帧(2.0A）和扩展帧（2.0B）。用途如下：
- 数据帧
数据帧包括帧起始、仲裁、控制、数据、CRC段、ACK段落和帧：
帧起始：标识一个数据帧的开始，由一位显性位表示。
仲裁段：在标准帧中，仲裁场由11个标志符和RTR在扩展帧中，仲裁场由29位标志符组成，SRR位、IDE位和RTR位组成。其中，标记符(帧)ID）优先级越小越高；RTR数据帧RTR位置必须为显性电平（RTR=0），远程帧RTR位置必须为隐性电平（RTR=1）；IDE标准帧属于控制场，扩展帧属于仲裁场。在标准帧中IDE为显性电平（IDE=0)，在扩展帧中IDE为隐性电平（IDE=1）；SRR(远程替换请求位)在扩展帧中始终是隐性电平（SRR=1）。
控制段：扩展帧标志位的标准帧控制段IDE、保留位r0和数据长度代码DLC由扩展帧控制段组成IDE、r1、r0和DLC组成。DLC由4位组成，DLC3?DLC0，用BCD代码表示0-8的值。
数据段：放置需要传输的数据，字节长度为0-8，由DLC确定。
CRC段：由15位CRC码和1位CRC定义符组成。CRC定义为隐性位的主要功能是CRC后面的验证码ACK段隔开。
ACK段：包括确认位（ACK）和界定符（DEL）。发送节点发的报文中ACK及DEL均为隐性电平1，接收节点正确接收后会用显性电平0覆盖隐性电平，以表示正确接收。即ACK=0，DEL=1为正确接收；ACK=1，DEL=1为未正确接收。
帧结束：7个连续的隐性位，表示数据帧结束。节点在检测到11个连续的隐性位后认为总线空闲。
- 远程帧
用来向其他节点请求发送具有同一标识符的数据帧，远程帧没有数据场，且RTR位为隐性电平。远程帧分为6个段，也分为标准帧和扩展帧，且RTR位为1（隐性电平）。
- 错误帧
当节点监测到一个或多个由CAN标准所定义的错误时，就会产生一个错误帧。错误帧由错误标志和错误界定符两个部分组成。由于可能出现多个节点接连发出错误帧的情况，于是就有可能出现错误标识叠加的情况。
- 过载帧
当一个接收节点没有做好接收下一帧数据的准备时，将发送过载帧以通知发送节点；过载帧由过载标志和过载帧界定符组成。由于存在多个节点同时出现过载的情况，并且它们发送过载帧存在时间差，这时就会出现过载标志叠加的情况。
- 帧间隔
帧间隔用于将数据帧或远程帧和他们之前的帧分离开，但过载帧和错误帧前面不会插入帧间隔。
帧间隔过后，如果无节点发送帧，则总线进入空闲。
帧间隔过后，如果被动错误节点要发送帧，则先发送8个隐性电平的传输延迟，再发送帧。
2.4 状态与流程
2.4.1 错误处理机制
CAN总线协议定义了五种错误类型：CRC错误、格式错误、应答错误、位发送错误和位填充错误。它们表示的意义如下：
它们按照以下机制进行处理：
2.4.2 报文发送流程
CAN总线协议定义的报文发送流程如下图所示：
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