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CAN總線基礎(chǔ)知識介紹

什么是CAN ?
　　CAN，全稱為“Controller Area Network”,，即控制器局域網(wǎng),，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初,，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊,，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡,。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng),、變速箱控制器、儀表裝備,、電子主干系統(tǒng)中,，均嵌入CAN控制裝置。
　　一個由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡中,，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點,。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制,。例如,，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點,。CAN 可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,，這使實時控制變得非常容易。另外,，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力,。

CAN 是怎樣發(fā)展起來的？
　　CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出,。當時,，由于消費者對于汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現(xiàn)大多是基于電子操作的,，這就使得電子裝置之間的通訊越來越復雜,，同時意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動機就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊,，減少不斷增加的信號線,。于是，他們設計了一個單一的網(wǎng)絡總線,，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上,。1993年，CAN 已成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519（低速應用）,。
　　CAN是一種多主方式的串行通訊總線,，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性,，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤,。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN 仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,。
　　由于CAN總線具有很高的實時性能,，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè),、航空工業(yè),、工業(yè)控制、安全防護等領(lǐng)域中得到了廣泛應用,。

CAN 是怎樣工作的？
　　CAN通訊協(xié)議主要描述設備之間的信息傳遞方式,。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型（OSI）一致,。每一層與另一設備上相同的那一層通訊。實際的通訊發(fā)生在每一設備上相鄰的兩層,，而設備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連,。CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。下表中展示了OSI開放式互連模型的各層,。應用層協(xié)議可以由CAN用戶定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案,。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用的標準是DeviceNet，這是為PLC和智能傳感器設計的,。在汽車工業(yè),，許多制造商都應用他們自己的標準。
　　表1 OSI開放系統(tǒng)互連模型
　　7 應用層 最高層。用戶,、軟件,、網(wǎng)絡終端等之間用來進行信息交換。如：DeviceNet
　　6 表示層 將兩個應用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式
　　5 會話層 依靠低層的通信功能來進行數(shù)據(jù)的有效傳遞,。
　　4 傳輸層 兩通訊節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸控制,。操作如：數(shù)據(jù)重發(fā)，數(shù)據(jù)錯誤修復
　　3 網(wǎng)絡層 規(guī)定了網(wǎng)絡連接的建立,、維持和拆除的協(xié)議,。如：路由和尋址
　　2 數(shù)據(jù)鏈路層 規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織。如：數(shù)據(jù)校驗和幀結(jié)構(gòu)
　　1 物理層 規(guī)定通訊介質(zhì)的物理特性,。如：電氣特性和信號交換的解釋
　　
　　CAN能夠使用多種物理介質(zhì),，例如雙絞線、光纖等,。最常用的就是雙絞線,。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”,，靜態(tài)時均是2.5V左右,，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”,。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,，稱為“顯形”，此時,，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V ,。

CAN 有哪些特性？
　　CAN具有十分優(yōu)越的特點,，使人們樂于選擇,。這些特性包括：
　　 低成本
　　 極高的總線利用率
　　 很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10Km)
　　 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達1Mbit/s）
　　 可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文
　　 可靠的錯誤處理和檢錯機制
　　 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)
　　 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能
　　 報文不包含源地址或目標地址,，僅用標志符來指示功能信息,、優(yōu)先級信息