CAN总线的初步认识
1.概述：
CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。一般形式是一个pc端（包括嵌入式系统、单片机系统）与多个设备（传感器、仪表、电机等）建立的实时通讯模型。
2.原理：
当一个节点向另一个节点发送数据时，cpu将数据和标识符交给本节点的CAN芯片，并进入准备状态；一但该CAN芯片被总线分配到，就变为发送状态，CAN芯片将要发送的数据按规定的报文形式发出。此时，总线上的其他节点进入接收状态，所有节点都要对其进行接受，判断是不是发送给自己的报文，如果不是就忽视，是的话对数据进行解读。
3.特点：
- 总线上的任意节点可在任意时刻给其他节点发送数据。
- 传输速度可达1Mbps；通信距离可达10km；节点数可达110个；传输速度与距离成反比。
- 传输方式有点对点、点对多点、点对全局。
- 可靠的检错机制，信息遭到破坏后自动重发，使得数据的出错率较低。严重出错时自动与总线切断联系。
- 采用非破坏性仲裁总线结构，每个节点都有不同的优先级。
4.通讯协议
常用的帧类型：数据帧，远程帧，过载帧，错误帧，帧间隔。
- 数据帧：将发送器发送的数据传送到接收器。
- 远程帧：请求远程特定节点发送数据帧。
- 过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。
- 错误帧：任何节点检测到错误，就发生错误帧。
- 帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。
5.帧结构
（1）数据帧：包括帧开始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段、帧结束。数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧（2.0A）和扩展帧（2.0B）。
- 帧开始：帧开始由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧开始。
- 帧结束：7个隐性位（高电平）组成。
- 仲裁段：CAN总线控制器在发送数据的同时监控总线电平，如果电平不同，则停止发送并做其他处理。如果该位位于仲裁段，则退出竞争；如果位于其他段，则产生错误。帧id越小，优先级越高；对于前11位id相同的帧：数据帧RTR位为显性，远程帧RTR位为隐性，所以数据帧优先于远程帧；标准帧的IDE位为显性，扩展帧的IDE位为隐性，所以标准帧优先于扩展帧。
- 控制段：共6位，标准帧的控制段由IDE（扩展帧标志位）、保留位r0和数据长度代码DLC组成；扩展帧控制段则由r1、r0和DLC组成。
- 数据段：为0-8字节，短帧结构，实时性好，适合汽车和工控领域。
- CRC段：CRC校验段由15位CRC值和CRC界定符组成。
- ACK段：当接收节点收到的帧起始到CRC段都没有错误时，它将在ACK段发送一个显性电平，发送节点发送隐性电平，线与结果为显性电平。
图1 数据帧的构成
（2）远程帧：分为6段，也分为标准帧和扩展帧，且 RTR位为1（隐性电平）。
比较内容 | 数据帧 | 远程帧 |
ID | 发送节点的ID | 被请求节点的ID |
SRR位 | 0（显性电平） | 1（隐性电平） |
RTR位 | 0（显性电平） | 1（隐性电平） |
DCL | 发送数据的长度 | 请求数据的长度 |
是否有数据段 | 是 | 否 |
CRC检验范围 | 帧起始+仲裁段+控制段+数据段 | 帧起始+仲裁段+控制段 |
图2 数据帧和远程帧的区别
（3）过载帧：当某节点没有做好接收的“准备”时，将发送过载帧，以通知发送节点。
（4）帧间隔：用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧，错误帧和过载帧前面不加帧间隔。
（5）错误帧：CAN是可靠性很高的总线，但是他也有五种错误。
- CRC错误：发送与接收的CRC值不同发生该错误
- 格式错误：帧格式不合法发生的错误
- 应答错误：发送节点在ACK阶段没有接收到应答信息发生该错误
- 位发送错误：发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误
- 位填充错误：通讯线缆上违反通讯规则是发生该错误
当发生这五种错误之一时，发送节点或接受节点将发送错误帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。主动错误标志用6个位的显性位表示，被动错误标志用6个位的隐性位表示；错误界定符由8个位的隐性位构成。
5.总线电平
采用差分信号通讯，由CAN_H和CAN_L组成，电平分显性电平和隐形电平。
（1）ISO11898是通信速度为125kbps-1Mbps的CAN高速通讯标准
- 显性电平：CAN_H - CAN_L=2v 左右，对应逻辑0
- 隐形电平：CAN_H - CAN_L=0v 左右，对应逻辑1
（2）IOS11519是通信速度为125kbps以下的CAN低速通信标准
- 显性电平：CAN_H - CAN_L=3v 左右，对应逻辑0
- 隐形电平：CAN_H - CAN_L=-1.5v 左右，对应逻辑1
6.构建一个CAN节点:
构建节点由底向上分为四个部分：
- CAN节点电路：接线的方法。
- CAN控制器驱动：供上层程序或库的调用，是数字信号转换成模拟信号的重要步骤。
- CAN应用层协议：已经实现好的一些函数，供给应用程序通过包含头文件进行调用。
- CAN节点应用程序：基于CAN协议，进行初始化CAN、发送CAN报文、接受CAN报文。除了完成通讯的功能，还会调用一些控制特定功能的电路函数。特定功能包括信号的采集、人机显示等。
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