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CAN總線入門如此簡單

很難找到一篇能夠適合初學(xué)者CAN總線原理的文章，因此小編本著通俗易懂的原則編寫此文!

什么是CAN總線?

CAN總線應(yīng)用于汽車，實現(xiàn)電子控制器和傳感器之間的通信

Ø 高可靠性、低成本的通信協(xié)議。

Ø 最初由Robert Bosch于1986年開發(fā)。

Ø 主要應(yīng)用于汽車、卡車、拖拉機、工業(yè)機器人。

想象一下，一輛汽車就像一個人：

Ø CAN總線是神經(jīng)系統(tǒng)，使身體各部分之間的通信得以實現(xiàn)。

Ø ECU通過CAN總線連接，該總線相當(dāng)于一個中央網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

什么是ECU?

Ø 在汽車CAN總線系統(tǒng)中，ECUs可以是發(fā)動機控制單元、安全氣囊或音頻系統(tǒng)。

Ø 一輛現(xiàn)代汽車最多可以有70輛ECUs。

CAN總線5大特性

Ø 低成本：ECUs通過單個CAN接口進(jìn)行通信，布線成本低。

Ø 高集成：CAN總線系統(tǒng)允許在所有ECUs上進(jìn)行集中錯誤診斷和配置。

Ø 可靠性：該系統(tǒng)對子系統(tǒng)的故障和電磁干擾具有很強的魯棒性，是汽車控制系統(tǒng)的理想選擇。

Ø 高效率：可以通過id對消息進(jìn)行優(yōu)先級排序，以便最高優(yōu)先級的id不被中斷。

Ø 靈活性：每個ECU包含一個用于CAN總線收發(fā)芯片，隨意添加CAN總線節(jié)點。

CAN總線發(fā)展史

Ø 未出現(xiàn)前：汽車ECUs依靠越來越復(fù)雜的點對點布線。

Ø 1986年：Bosch公司開發(fā)了CAN總線協(xié)議作為汽車電子解決方案，并在SAE大會上發(fā)布。

Ø 1991年：Bosch公司發(fā)布了CAN2.0，包涵CAN 2.0A (11 位) 和CAN 2.0B (29 位)。

Ø 1993年：CAN總線列入標(biāo)準(zhǔn)(ISO 11898)。

Ø 2012年：Bosch公司發(fā)布了CAN FD 1.0

Ø 今天：幾乎每一輛汽車都有CAN總線系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于卡車、公共汽車、工業(yè)車輛、船舶、飛機和工業(yè)自動化。

CAN總線的未來

展望未來，CAN總線將繼續(xù)前行——而且更有可能是隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛汽車的興起。這些趨勢還將增加可以使用WiFi /蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接的CAN總線的需求——允許無線傳輸?shù)腃AN總線數(shù)據(jù)，例如云服務(wù)器。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，CAN FD將是一個關(guān)鍵的組成部分�；�本上，今天的CAN總線系統(tǒng)面臨一個主要的障礙:1 Mbit/s的速度限制隨著數(shù)據(jù)速度的復(fù)雜性和需求的增加(更多的ECUs，數(shù)據(jù))，這是一個越來越大的挑戰(zhàn)。

Ø CAN FD提供兩個關(guān)鍵的指標(biāo)：

n 數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到8Mbit/s——遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)的1Mbit/s。

n 64字節(jié)的數(shù)據(jù)包——而不是8字節(jié)。

CAN總線物理結(jié)構(gòu)與特性

CAN總線網(wǎng)絡(luò)

CAN總線網(wǎng)絡(luò)主要掛在CAN_H和CAN_L，各個節(jié)點通過這兩條線實現(xiàn)信號的串行差分傳輸，為了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻，但是為什么是120歐姆呢?那是因為電纜的特性阻抗為120歐。

CAN收發(fā)器

CAN收發(fā)器的作用是負(fù)責(zé)邏輯電平和信號電平之間的轉(zhuǎn)換。

即從CAN控制芯片輸出邏輯電平到CAN收發(fā)器，然后經(jīng)過CAN收發(fā)器內(nèi)部轉(zhuǎn)換將邏輯電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出到CAN總線上，CAN總線上的節(jié)點都可以決定自己是否需要總線上的數(shù)據(jù)。具體的管教定義如下：

CAN信號表示

CAN總線采用不歸零碼位填充技術(shù)，也就是說CAN總線上的信號有兩種不同的信號狀態(tài)，分別是顯性的(Dominant)邏輯0和隱形的(recessive)邏輯1，信號每一次傳輸完后不需要返回到邏輯0(顯性)的電平。

CAN收發(fā)器有TXD，RXD是與CAN控制器連接的。發(fā)送器接到網(wǎng)絡(luò)的是CL和CH。CL與CH是差分電路。CAN網(wǎng)絡(luò)上是用CL于CH的電壓差來表示邏輯“0”和邏輯“1”。所以CAN網(wǎng)絡(luò)中只能單向傳輸。

CAN仲裁

只要總線空閑，總線上任何節(jié)點都可以發(fā)送報文，如果有兩個或兩個以上的節(jié)點開始傳送報文，那么就會存在總線訪問沖突的可能。但是CAN使用了標(biāo)識符的逐位仲裁方法可以解決這個問題。

在仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一"隱性"電平而監(jiān)視到的是一"顯性"電平，那么這個節(jié)點失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。如果出現(xiàn)不匹配的位不是在仲裁期間則產(chǎn)生錯誤事件。

幀ID越小，優(yōu)先級越高。由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性電平，遠(yuǎn)程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀;由于標(biāo)準(zhǔn)幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱形電平，對于前11位ID相同的標(biāo)準(zhǔn)幀和擴展幀，標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先級比擴展幀高。

CAN總線通信協(xié)議

協(xié)議格式

 

序號	名稱	位	描述
1	SOF	1	起始位，邏輯0使能，告訴其他ECU，消息即將到達(dá)。
2	CAN-ID	29	消息標(biāo)識符，值越低優(yōu)先級越高
3	RTR	1	遠(yuǎn)程傳輸請求標(biāo)志位，允許ECUs“請求”來自其他ECUs的消息。
4	Control	6	數(shù)據(jù)包長度
5	Data	0-64	數(shù)據(jù)內(nèi)容
6	CRC	16	16位循環(huán)冗余校驗用于保證數(shù)據(jù)的完整性
7	ACK	2	應(yīng)答標(biāo)志，CRC是否校驗正確
8	EOF	7	結(jié)束標(biāo)識符

如何解析

下面是使用CANLoggerX000的汽車的一個示例日志文件:

# Logger type: CANLogger2000

# HW rev: 6.xx

# FW rev: 5.51

# Logger ID: ID0001

# Session No.: 9

# Split No.: 3

# Time: 20170508T064128

# Value separator: ";"

# Time format: 4

# Time separator: ""

# Time separator ms: ""

# Date separator: ""

# Time and date separator: "T"

# Bit-rate: 500000

# Silent mode: false

# Cyclic mode: false

Timestamp;Type;ID;Data

08T064254150;0;34d;1003fafa000d00ff

如果我們查看上面的原始CAN總線數(shù)據(jù)樣本，可能會注意到:

原始的CAN總線數(shù)據(jù)沒有意義!

這是因為我們需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成按比例計算的工程值——也就是人類可讀的形式。

要做到這一點，我們需要知道一些事情:

例如，在34d中的64位數(shù)據(jù)中，可能會有3個不同參數(shù)的數(shù)據(jù)，每個參數(shù)都有一個特定的起始點和位長。

針對這3個不同參數(shù)的數(shù)據(jù)，我們需要要知道如何解碼：

每個參數(shù)都需要偏移量和刻度值

[數(shù)據(jù)值]=[偏移]+[刻度]x[原始數(shù)據(jù)值]