初出茅庐的小李博客之CAN通信基础知识

CAN是什么？

CAN 是 Controller Area Network 的缩写，中文是控制器局域网路,是 ISO 国际标准化的串行通信协议之一。

CAN:控制器局域网( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络

CAN是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。由于其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视，被广泛应用于汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域。
随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用，对其的通信格式标准化也提出了更严格的要求。1991年CAN总线技术规范（Version2.0）制定并发布。该技术规范共包括A和B两个部分。其中2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。CAN总线协议是一种ISO 国际标准化的串行通信协议，有ISO-11898 和 ISO-11519两个系列。

其定义有：

ISO-11898 定义了通信速率为 125 Kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度 ≤ 40米，如图1。

ISO11519 定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米，如图2。

现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。 图 3 是车载网络的构想示意图。CAN 通信协议的开发，使多种 LAN 通过网关进行数据交换得以实现。

Controller是什么？

通常意义上指控制器，多个控制器之间进行通信，可以通过CAN线使其进行连接

典型用例：

CAN线如何连接呢

两根线：

CAN_H线

CAN_L线

CAN的两种电平

总线上的电平有显性电平和隐性电平两种。 总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。 “显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。并且，“隐 性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。（显性电平比 隐性电平更强）

****显性电平：****逻辑0：CAN_H 和 CAN_L 的电压一个3.5V一个1.5V 电位差是2V

****隐形电平：****逻辑1：CAN_H 和 CAN_L 的电压都是是2.5V 电位差是0V

CAN 协议经 ISO 标准化后有 ISO11898 标准和 ISO11519-2 标准两种。ISO11898 和 ISO11519-2 标准对于数据 链路层的定义相同，但物理层不同。

1. ISO11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信标准。 目前，ISO11898 追加新规约后，成为 ISO11898-1 新标准。
2. ISO11519 是通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准

3.ISO11898和ISO11519的主要不同点

下图是描述的就是压差为2V的逻辑0，跟压差为0V的逻辑1

单片机如何进行CAN通信

串行电平转换成差分电平

为什么要用差分线呢

主要是下面两个原因

1. 抗干扰性：双绞线可以有效地减少电磁干扰的影响。CAN总线常常被应用于工业环境和汽车领域，这些环境中存在大量的电磁干扰源，如电机、继电器等。双绞线通过将两根导线紧密地绞合在一起，可以减少对外部电磁干扰的敏感性，从而提高通信的可靠性。
2. 抗噪声性：双绞线还可以降低信号传输中的串扰噪声。当信号通过一根导线传输时，周围的导线可能会产生电磁场，从而对信号产生干扰。双绞线中的两根导线通过彼此绞合，可以减小这种串扰噪声的影响，提高信号的完整性和准确性。

这也就是CAN通信比串口通信传输更远的原因可以达到1000米。

CAN的协议桢

CAN（Controller Area Network）协议定义了几种不同类型的数据帧，用于在CAN总线上进行通信。以下是CAN协议中常见的几种数据帧及其作用：

1. 数据帧（Data Frame）：数据帧是CAN协议中最常用的帧类型。它用于在CAN总线上传输数据信息。数据帧包括数据域（Data Field），用于携带有效数据，以及标识符（Identifier），用于标识消息的发送者和接收者。

2. 远程帧（Remote Frame）：远程帧用于请求特定CAN节点发送数据。发送远程帧的节点向目标节点发送一个标识符，目标节点接收到远程帧后，会以数据帧的形式返回请求的数据。远程帧在需要获取其他节点数据时非常有用。有时候也叫遥控桢

3. 错误帧（Error Frame）：错误帧用于在CAN总线上报告错误情况。当节点检测到总线上的错误时，它可以发送错误帧来通知其他节点发生了错误。错误帧中包含有关错误类型和错误位置的信息，用于诊断和故障排除。

4. 过载帧（Overload Frame）：过载帧用于指示CAN节点附近存在过载条件。当节点无法及时处理接收到的消息时，它可以发送过载帧来通知其他节点，以便调整通信负载或采取其他措施。

5. 错误被动帧（Error Passive Frame）：错误被动帧用于指示发送节点处于错误被动状态。当节点连续发送错误帧数量达到一定阈值时，它会进入错误被动状态，此时会发送错误被动帧来通知其他节点。

6. 帧间隔 ：在CAN（Controller Area Network）通信中，帧间隔（Frame Interval）指的是两个连续CAN数据帧之间的时间间隔。帧间隔包括发送帧的间隔和接收帧的间隔

这些数据帧类型在CAN总线上的使用有助于实现可靠的通信和故障诊断。数据帧用于传输实际的数据信息，远程帧用于请求数据，错误帧用于报告错误情况，过载帧用于指示过载条件，而错误被动帧用于指示节点处于错误被动状态。通过这些数据帧，CAN协议能够提供高效、可靠的通信机制，并支持诊断和故障处理。

另外，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: 以下称 ID），

扩展格式有 29 个位的 ID;

标准的一串数据帧是什么样的

标准帧（Standard Frame）是CAN（Controller Area Network）协议中常用的一种数据帧格式，用于在CAN总线上传输数据。以下是标准帧的格式及其各个字段的解释：

1. 帧起始位（Start of Frame，SOF）：一个固定为低电平的位，用于指示帧的开始。
2. 标识符（Identifier）：标识符用于唯一地标识发送的消息。它通常是11位长，但在CAN 2.0A协议中，标识符可以是11位或29位长。标识符中的位定义了消息的优先级、发送节点和接收节点等信息。
3. 远程传输请求位（Remote Transmission Request，RTR）：该位用于指示消息是否是远程帧。如果该位为1，则表示发送节点请求接收节点发送数据；如果该位为0，则表示消息是数据帧。
4. 数据长度码（Data Length Code，DLC）：DLC字段指定了数据域中所包含的字节数。它可以是0到8之间的值，表示数据域的长度。
5. 数据域（Data Field）：数据域是用于携带有效数据的部分。它的长度由DLC字段确定，可以包含0到8个字节的数据。
6. CRC（Cyclic Redundancy Check）：CRC字段用于检测数据帧中的错误。它是通过对标识符、RTR、DLC和数据域进行计算得出的校验值。
7. CRC分隔位（CRC Delimiter）：一个固定为1的位，用于分隔CRC字段和确认槽位。
8. 确认槽位（Acknowledge Slot）：确认槽位用于接收节点发送一个确认位（ACK）来指示数据的接收情况。如果接收节点成功接收到数据，则发送一个高电平ACK；如果接收节点检测到错误，则发送低电平ACK错误。
9. 结束帧位（End of Frame，EOF）：一个固定为高电平的位，用于指示帧的结束。

​ 以上是标准帧的基本格式。CAN总线上的节点根据这个格式来发送和接收数据。标准帧通过使用固定长度的标识符和较短的数据域，提供了一种简单、高效的通信方式，适用于许多应用领域，如汽车、工业控制等。