大家好。
本篇文章將圍繞“CAN通信介紹及其運(yùn)作方法”這個(gè)主體進(jìn)行討論。
什么是CAN？有些人會(huì)想到易拉罐的英文CAN，有些人會(huì)想到歌手CAN，而如果您是來看我們的博文的話，可能是因?yàn)橄胍私釩AN通信才來的把？只要知道汽車中各ECU之間的通信技術(shù)是CAN的話，就已經(jīng)了解了CAN通信的一半了。那么，下面我們現(xiàn)在開始更詳細(xì)的了解CAN通信技術(shù)吧。
CAN通信的出現(xiàn)背景
到上世紀(jì)80年代為止，大部分汽車都是機(jī)械式。后來隨著技術(shù)的發(fā)展，汽車上出現(xiàn)了多種模塊，即ECU。這些模塊為了相互通信，使用了非同步串行通信方式通用異步收發(fā)傳輸器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。但是UART的通信是每個(gè)模塊一對(duì)一通信，因此每次添加模塊時(shí)都需要更多的連接線。眾多的連接線占據(jù)了汽車越來越多的空間，最終導(dǎo)致汽車重量的增加與成本的提高。
梅賽德斯奔馳為了解決這些問題，委托了博世建立車載網(wǎng)絡(luò)。1985年博世開發(fā)了CAN。多個(gè)CAN裝置可以相互通信，用一個(gè)CAN接口可以控制多個(gè)模塊，這不僅可以減少連接線數(shù)，減輕汽車重量，降低成本，還可以有效地控制系統(tǒng)。1993年，ISO將其指定成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。CAN至此成為了汽車通信的必要要素，如今第二代CAN已經(jīng)面世。
CAN標(biāo)準(zhǔn)版本（Version/Release）
1985年推出了CAN1.0版本，1987年推出了1.1版本，1990年推出了1.2版本。CAN1.0~1.2版本時(shí)為了.0版本的穩(wěn)定性與各種裝置的使用而進(jìn)行內(nèi)容更新的版本。
從1991年推出的2.0版本開始，分為了標(biāo)準(zhǔn)CAN和擴(kuò)展CAN。標(biāo)準(zhǔn)CAN與以往相同，而擴(kuò)展CAN添加了擴(kuò)展ID，可以使用多種數(shù)據(jù)。
CAN通信的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
CAN通信時(shí)通過并聯(lián)連接多個(gè)ECU來交換數(shù)據(jù)的通信方法。數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸，實(shí)時(shí)可以訪問所需的數(shù)據(jù)。那么接下來讓我們了解一下在汽車上廣泛使用CAN通信的特點(diǎn)即及優(yōu)點(diǎn)。
① 多主控通信方式 (Multi Master)：
CAN總線以多主控方式進(jìn)行通信，因此通信總線由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享，隨時(shí)都可以使用總線。
② 簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)：
因用CAN_High，CAN_Low兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行通信，所以只需要兩條線。因此，即使后期追加很多模塊，所追加的線材量也很少。
③ 雜音強(qiáng)：
CAN總線由Twist Pair2線組成，具有很強(qiáng)的電噪聲保護(hù)信息。
④ 使用ID值的優(yōu)先級(jí)：
汽車的ECU具有固有的ID值。ID值越低，優(yōu)先級(jí)越高。CAN通過篩選過程接收設(shè)定的ID值決定優(yōu)先級(jí)。使用ID值決定內(nèi)容和優(yōu)先級(jí)而非地址的話，可以提高系統(tǒng)控制速度與安全性。
特別的，CAN使用總線可以大幅減少連接線數(shù)。這與汽車的重量直接相關(guān)，因此非常重要。
⑤ 高速及遠(yuǎn)程通信：
CAN通信提供最高達(dá)1Mbps的高速通信。一般通信速度為500k~1Mbps的即可使用CAN通信。另外，最遠(yuǎn)支持1000m的遠(yuǎn)距離通信。
⑥ PLUG和PLAY功能
提供PLUG和PLAY功能，是CAN控制器易于連接和斷開總線。因此很容易添加和移除多個(gè)設(shè)備。
CAN框架結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在了解了CAN通信是什么了嗎？既然知道了CAN通信是什么，那么現(xiàn)在大家應(yīng)該也會(huì)好奇CAN的樣子。所以接下來帶大家了解CAN框架的結(jié)構(gòu)。
CAN通信將數(shù)據(jù)發(fā)送到成為幀的數(shù)據(jù)包。幀是指構(gòu)成一條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)域或bit的集合。CAN框架由以下區(qū)域構(gòu)成
① SOF Bit（Start Of Frame）：用于表示數(shù)據(jù)開始，用于同步總線的主要節(jié)點(diǎn)。
② Identifier（ID）：作為標(biāo)識(shí)符，識(shí)別數(shù)據(jù)內(nèi)容并賦予數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)。根據(jù)CAN信息中的ID長(zhǎng)度，分為標(biāo)準(zhǔn)CAN和擴(kuò)展CAN兩種格式。標(biāo)準(zhǔn)CAN是11位標(biāo)識(shí)符，擴(kuò)展CAN是29位標(biāo)識(shí)符。
③ Control：表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（DLC）。
④ Data：表示所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
⑤ CRC：用于檢測(cè)幀的發(fā)送錯(cuò)誤。
⑥ ACK Bit：作為表示已發(fā)送無錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的Bit，如果CAN控制器已正確接收數(shù)據(jù)，則發(fā)送ACK Bit。傳輸節(jié)點(diǎn)檢查總線上是否存在ACK Bit。如果未發(fā)現(xiàn)ACK Bit，則嘗試重新傳輸。
⑦ EOF Bit（End of Frame）：表示幀的結(jié)尾并結(jié)束。
CAN通信的運(yùn)作方法
CAN總線上沒有控制全部節(jié)點(diǎn)的Master，因此可以從CAN總線上輕松訪問數(shù)據(jù)。
首先CAN控制器將檢查CAN總線是否正在被其他控制器使用。如果此時(shí)CAN總線未被使用，則所有家電都將使用ID值來檢查各自所需要的數(shù)據(jù)。此時(shí)會(huì)忽略不必要的數(shù)據(jù)而只接收自己需要的數(shù)據(jù)。前述過汽車的ECU具有固有的ID值。如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)想要同時(shí)發(fā)送消息給CAN總線，則具有最低ID值的最優(yōu)先節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)訪問總線。（如果標(biāo)識(shí)符值分別位1和7，標(biāo)識(shí)符1的優(yōu)先級(jí)更高）優(yōu)先級(jí)高的消息將獲得CAN總線的使用權(quán)，其他較低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)必須等待，并自動(dòng)在下一個(gè)總線循環(huán)中執(zhí)行重發(fā)。
摘要
CAN通信不僅在汽車領(lǐng)域，在自動(dòng)化機(jī)器，醫(yī)療器械，機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域也被廣泛使用，因此今后也將成為非常重要的通信方法。
現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)CAN通信了解了很多。在下篇文章中我們將了解收集CAN數(shù)據(jù)的測(cè)試BOX的制作方法。
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