CAN总线的组成：控制器和收发器 | 日志 | 果壳网 科技有意思
CAN控制器用于实现CAN总线的协议底层以及数据链路层，用于生成CAN帧并以二进制码流的方式发送，在此过程中进行位填充、添加CRC校验、应答检测等操作；将接收到的二进制码流进行解析并接收，在此过程中进行收发比对、去位填充、执行CRC校验等操作。此外还需要进行冲突判断、错误处理等诸多任务。CAN收发器（有时也称为驱动器）是CAN总线的物理层，用于将二进制码流转换为差分信号发送，将差分信号转换为二进制码流接收。在CAN总线中二者都是必须的。来自百度知道：
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?控制器局域网络(Controller Area Network)
（控制器局域网络(Controller Area Network)）
是近 20年发展起来的新技术 , CAN 总线是一种应用广泛的现场总线 ,在工业测控和工业自动化等领域有很大的应用前景。CAN是络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。
can背景引言
随着工业测控技术和生产自动化技术的不断进步 ,传统的 RS-232、 RS-485和 CCITTV. 24通信技术已不能适应现代化的工业控制需要 ,而现场总线 ( Fieldbus)以其低廉的价格、可靠的性能而逐步成为新型的工业测控领域的通信技术。现场总线是应用在生产现场 ,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点的系统 ,是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 汇集了计算机技术、和 ( 3C)的现场总线技术 ,从 20世纪 80年代开始发展起来 ,并逐步在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中得到了广泛的重视和应用。现场总线主要有以下几种类型 : 基金会现场总线 ( FF)、 LonWorks、 ProfiBus、 CAN、HART,而其中 CAN ( Controller Area Network)即控制器局域网因为具有高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到关注,现已形成国际标准 ,被公认为几种最有前途的现场总线之一。
1986 年德国最大的工业企业之一 Rober Bosch公司首次提出了应用于汽车内各种传感器和执行器之间相互通信的 CAN 总线（Controller AreaNetwork）技术以来，以其可靠性、和灵活性强的特点，得到了诸多汽车开发商的青睐。
canCAN 总线的特点
CAN属于总线式串行通信网络。 由于采用了许多新技术和独特的设计思想 ,与同类产品相比 , CAN 总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点。为使设计透明和执行灵活 ,遵循 ISO /OSI标准模型 , CAN 总线结构划分为两层: 和 (包括逻辑链路控制子层 LLC和媒体访问控制子层 M AC)。 CAN的分层结构和功能如图1所示。 其中 , LLC子层为数据传递和远程数据请求提供服务; M AC子层的功能主要是传送规则 ,即控制帧结构、执行仲裁、错误检验、出错标定和故障界定 。
CAN 总线的位数值表示与通信距离
CAN总线协议是建立在国际标准组织的开放系统 OSI 7 层互连参考模型基础之上的。其模型结构只有3 层，即只取OSI 底层的物理层、数据链层和传输层，保证了节点间无差错的数据传输。 CAN 总线上用“显性”（Dominant）和“隐性” (Recessive)两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。如图1 所示，VCAN-H和VCAN-L为CAN总线收发器 与总线之间的两接口引脚，信号是以两线之间的“差 分”电压形式出现。在隐性状态，VCNA-H和VCANL被固定在平均电压电平附近，Vdiff近似于0。显性位以大于最小阀值的差分电压表示。CAN 总线的通信距离最远可达10Km(位速率为5 kbps) ，通信速率最快可达 1Mbps（此时最长通信距离为40m）。
图1 CAN总线的位数值传输方式
CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点 发送信息，而不分主从。CAN节点只需通过对报文的标示符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式发送、接收数据。CAN总线的数据传输（报文传输）采用帧格式。按帧格式的不同，分为含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展帧。CAN总线的帧类型分为 数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。
仲裁（Arbitration）
只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果两个或两个以上节点同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间， 每一个发送器都对总线进行监测，如果发送和接收电平相同，则该节点可以继续发送报文。比如发送的是一“隐性”电平，而监视到的是一“显性”电平， 那么这个节点就失去了仲裁，必须退出发送状态。
综上所述，CAN 总线的主要特点有:
( 1) CAN 为多主工作方式 ,网络上的任意节点在任意时刻都可以主动地向其他节点发送信息 ,不分主从 ,方式灵活。
( 2) CAN 网络节点可以安排优先级顺序 ,以满足和协调各自不同的实时性要求。
( 3) 采用非破坏性的总线仲裁技术 ,多点同时发送信息时 ,按优先级顺序通信 ,节省总线冲突仲裁时间 ,避免网络瘫痪。
( 4) 可以进行点对点、一点对多点和全域广播方式传递信息。
( 5) 通信速率最高可达 1M bps( 40m以内 ) ,最长传递距离达 10km(速率为 5kbps以下 )。
( 6) 网络节点目前可达 110个 ,报文标志符 2 032种 ( CAN2. 0A) ,扩展标准 ( CAN2. 0B)中报文标志符几乎不受限制。
( 7) 短帧数据结构 ,传输时间短 ,抗干扰能力强 ,检错效果好。
( 8) 通信介质可以用双绞线、或光纤。
( 9) 网络节点在错误严重的情况下可以自动关闭输出功能 ,脱离网络。
( 10) 实现了标准化、规范化 (国际标准 ISO11898)。
canCAN 总线控制器和驱动器
canCAN 总线控制器 SJA1000 的内部结构
CAN总线控制器主要保证数据链路层和物理层的通信质量。SJA1000是一种独立的CAN总线控制器。SJA1000 的内部结构如图 2 所示。
图2 SJA1000内部结构图
接口管理逻辑（IML）负责解释来自CPU的命令，控制 CAN 寄存器的寻址，向主控制器（CPU）提供中断信息和状态信息。
发送缓冲器（TXB）是CPU 和位流处理器（BSP）之间的接口，负责存储发送到CAN总线上的一条完整的报文。发送缓冲器的长度为13个字节，由CPU写入、位流处理器读出。
接收缓冲器（RXB、长度为13个字节）是验收和 CPU 之间的接口，用来存储从 CAN 总线上接收并被确认的信息。作为接收FIFO（RXFIFO，长度为64字节）的一个窗口，接收缓冲器可被CPU访问。CPU在接收FIFO的支持下，可以在处理一条报文的同时接收其他报文。
验收滤波器（ACF）将一条接收到的报文标识码与验收滤波器中的预设值相比较，以决定是否接收这条报文。在纯粹的接收测试中，所有的报文都保存在接收FIFO中，但只有验收滤波通过且无差错的报文，才能被保存在接收缓冲器中。
位流处理器（BSP）是一个控制发送缓冲器、接收FIFO和CAN总线之间数据流的程序装置。它还执行总线上的错误检测、仲载、总线填充和错误处理。位时序逻辑（BTL）监视串行的CAN总线和位时序。它在信息开头“弱势支配”的总线传输时，同步 CAN总线位流（硬同步），接收报文时再次同步下一次传送（软同步）。
错误管理逻辑（EML）负责限制传输层模块的错误。它接收来自位流处理器的出错报告，然后把有关错误统计告诉位流处理器和接口管理逻辑（IML）。
canCAN 总线驱动器 PCA82C250总线驱动器
PCA82C250 是 CAN 控制器与物理总线之间的接口。该器件对总线提供了差动发送能力，同时对CAN控制器提供了差动接收能力。它可以用高达1Mbps的位速率在两条有差动电压的总线上传输数据，总线可连接 110 个节点。总线驱动器PCA82C250 的功能参如图 3 所示。
图3 PCA82C250功能框图
canCAN总线智能采集卡的设计与实现
CAN（Area Network）作为一种多线路网络通信系统，以其时分多主、非破坏性总线仲裁和自动检错重发等灵活、可靠的通信技术，及低廉的价格，被广泛地应用于工业自动化生产线、汽车、传感器、医疗设备、智能化大厦、电梯控制、环境控制等分布式实时系统。本采集卡采用的是一款公司新近推出的带有CAN控制器的，是一款很有前途的新型芯片，其内部集成CAN控制器，用它来组建CAN总线实时，与传统的CAN总线组网方式相比，系统具有结构简单、设计容易、抗干扰性强等应用优势。
can结语与展望
20世纪 80年代 ,德国的 BOSCH公司首先应用 CAN总线于汽车内部的测控通信。 CAN国际标准化的制定 ,更加推动了它的发展和应用 ,已有 IN TEL、 MO TOROLA、 PHILIPS、 SIEM EN S等 百余家国际大公司支持 CAN总线协议。 现在 ,在欧美等国 CAN总线已被广泛地应用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼宇、机械制造、数控机床、各种机械设备、交通管理、传感器、自动化仪表等领域。从“九· 五”开始 ,我国政府就投资支持现场总线的开发 ,其中 CAN等总线在国内已经得到较广泛的应用 ,被大量地应用于工农业监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制、煤炭综合监控等。故，综合 CAN 总线的上述技术、特点及其在各个领域的应用情况 ,可以预测 CAN总线在将来将会以迅猛的速度快速发展。CAN总线在客车上的网络控制_文档下载
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CAN总线在客车上的网络控制
CAN总线在客车上的网络控制
CAN总线在客车上的网络控制
表1CAN协议种类
【摘概要说明了CAN总线的控要】
制原理，CAN通信协议及数据传输原理，并
结合项目实际应用情况介绍了CAN总线在客车上实现网络控制的方法。
【关键词】CAN总线；CAN协议；网络控制
1.CAN简介CAN，全称“ControllerAreaNetwork”，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E-CU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。
CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN协议采用CRC检验并可提供相应得错误处理功能，保证了通信的可靠性。
CAN通信是通过数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、帧间隔5种类型的帧进行的。数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11个位的标识符（Identifier），扩展格式有29个位的ID。各种帧的用途如下：
●数据帧：用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
●遥控帧：用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧。
●错误帧：用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。
●过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。
●帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。
数据帧的构成：
基于CAN的各种协议和标准规格如表1所示。
J1939协议是目前在大型汽车中应用最广泛的应用层协议，可达到250Kbps的通讯速率。J1939协议由美国SAE(SocietyofAu-tomotiveEngineer)组织维护和推广。J1939协议具有如下特点：
(1)以CAN2．0B协议为基础．物理层标准与ISO11898规范兼容并采用符合该规范的CAN控制器及收发器。通讯速率最高可达到250Kbps。
(2)采用PDU(ProtocolDataUnit协议数据单元)传送信息，每个PDU相当于CAN协议中的一帧。由于每个CAN帧最多可传输8个字节数据，因此PDU的传输具有很高的实时性。
(3)利用CAN2．0B扩展帧格式的29位标志符定义每一个PDU的含义以及该PDU的优先级。
(4)J1939协议主要作为汽车中应用的通讯协议，对汽车中应用到的各类参数都进行了规定。参数的规定符合ISO11992标准
3.车身网络设计
由于车身每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的，为了满足各子系统的实时性要求，与对公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等，如4缸汽油机运行在4000r/min，则电控单元控制两次喷射的时间间隔为6ms，其中喷射持续时间为30度的曲轴转角(1ms)，在剩余的5ms内须完成转速测量、油量测量、A/D转换、工况计算、执行器的控制等一系列过程。这就意味着数据发送与接收必须在1ms内完成，才能达到汽油机电控的实时性要求。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有极高的通信速率，CAN总线通讯是完全满足这些要求的。
整个系统可由多个节点组成，各节点分别对模拟或数字的输入量采集，从而实现对缓速器、车身升降、三桥、乘客门、灯光、雨刮、排气扇、空调、车内照明、油路、点火器、电视音响、发动机点火、发动机熄火等的控制。系统的拓扑结构简图如图1所示。
图1客车车身CAN总线网络的拓扑结构仪表节点：控制转向、雾灯、水温、机油压力、气压、前照灯、燃油报警等指示灯的显示；控制车速表、发动机转速表、燃油表、电压表、水温表等仪表的步进电机；显示累计里程、胎压信息、节点状态、温度等信息。
前车灯节点：控制前照灯（远光/近光）、左右前转向灯、前位置灯、前雾灯、前示廓灯、前遇险报警灯。
后车灯节点：控制左右后转向灯、后尾灯、后雾灯、后示廓灯、后遇险报警灯、制动灯、倒车灯。
发动机信息采集节点：采集发动机ECU发出得转速、油压、水温等数据。
行驶记录仪节点：记录车辆行驶状态参数。
前控制器节点：控制喇叭、钥匙档、雨括器、空调、变速箱、缓速器、干燥器、前门。
中控制器节点：控制气压信号、中门信号、中部边灯、燃油量采集。
后控制其节点：控制倒档信号、空档信号、发动机熄火信号、充电指示、发动机及底盘的信号采集、车速信号。
节点ECU的开发可以选择带有在片CAN的微控制器，也可以选择其它微控制器和相应的片外CAN控制器、收发器。带有CAN接口的ECU设计是总线开发的核心与关键，其中ECU的CAN总线模块有几个功能单元构成―――CAN控制器和CAN收发器。CAN控制器执行完整的CAN协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需要一个接口―――CAN收发器，它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。CAN控制器和收发器完成CAN物理层和逻辑电路层的所有功能。
CAN通讯协议的实现，包括各种通讯帧的组织和发送，均是由集成在SJA1000通讯控制器中的电路实现的，因此系统的开发主要在应用层的设计上。应用层软件的核心部分是CPU与SJA1000通讯控制器之间的数据接收和发送程序，即CPU把待发的数据发给SJA1000通讯控制器，再由SJA1000通讯控制器发到总线上；当SJA1000通讯控制器从总线接受到数据后，CPU再把数据取走。对
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