CAN从原理到应用

1.简介

CAN（Controller Area Network）是一种常用于实时通信的串行总线标准，广泛应用于汽车、工业控制、航空航天等领域。它提供了可靠的数据传输和高级别的错误检测和纠正功能。

下面是对CAN接口的简要介绍：

1. 物理层接口：

   • CAN接口采用差分信号传输，使用两根线（CAN_H和CAN_L）传输数据和同步信号。
   • 物理层接口使用标准的DB9或者DB25连接器，或者采用D-SUB形状的插头。

2. 数据帧格式：

   • CAN数据帧由标识符（ID）、数据和其他控制字段组成。
   • 标准CAN帧（CAN 2.0A）包含11位ID，扩展CAN帧（CAN 2.0B）包含29位ID。
   • CAN帧还包括数据长度码（DLC）字段，指定了数据域的字节数。

3. 通信方式：

   • CAN总线使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）策略，即多路访问冲突检测。
   • 在CAN总线上传输的多个节点可以同时发送消息，如果发生冲突，将根据优先级进行冲突解决。

4. 错误检测和纠正：

   • CAN接口通过使用循环冗余校验（CRC）来检测传输错误，并可以做到自动纠正数据错误。
   • 当错误发生时，CAN控制器会发出错误报告，例如错误传送计数器增加、误码率超过阈值等。

5. 数据传输速率：

   • CAN接口支持多种数据传输速率，如1 Mbps、500 kbps、250 kbps、125 kbps等。
   • 不同的应用要求可以选择合适的数据传输速率。

总结而言，CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于实时通信的串行总线标准。它采用差分信号传输，具备高级别的错误检测和纠正功能，能够在多个节点之间实现可靠的数据传输。CAN接口在许多领域中被使用，特别是汽车和工业控制等领域中，为系统提供了快速、可靠的通信方式。

2.什么是差分信号？

• 差分信号由一对电平互补的信号线组成，通常被称为正差分线（Positive）和负差分线（Negative）。
• 正差分线携带的信号电平高时，负差分线的信号电平低；反之，正差分线的信号电平低时，负差分线的信号电平高。
• 通过在接收端计算正差分线和负差分线之间的差值，可以还原出原始信号。

3.CAN传输流程 

1. 发送节点准备数据帧：

   • 发送节点准备要发送的数据，并将数据放入CAN帧的数据域中。
   • 发送节点为CAN帧设置标识符（ID），标识发送的消息类型和优先级等。

2. 发送节点发送数据帧：

   • 发送节点将准备好的CAN帧发送到总线上。
   • 在发送之前，发送节点会监听总线上是否有其他节点发送数据，以避免发生冲突。

3. 所有节点接收数据帧：

   • 所有节点通过CAN接收器监听总线上的数据帧。
   • 当一个节点在总线上检测到有CAN帧到达时，它会读取CAN帧的内容。

4. 接收节点过滤和判定：

   • 接收节点检查接收到的CAN帧的ID是否与自身要接收的ID匹配。
   • 如果匹配，接收节点将接收到的CAN帧存储到接收缓冲区中，供后续处理使用。

5. 接收节点处理数据帧：

   • 接收节点处理接收到的CAN帧，执行相应的操作，例如读取数据、响应、发送回复等。

6. 错误检测和纠正：

   • CAN总线上的所有节点都能进行错误检测，并在发现错误时进行相应处理。
   • 发送节点和接收节点都可以检测到传输错误，如位错误、格式错误、冲突等。

7. 重复发送和确认：

   • 如果发送节点未收到发送的CAN帧的确认信息，它会重新发送CAN帧，直到收到确认或达到最大重试次数。

4.gpio模拟CAN

不可行

5.liunx下使用socketCAN

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define CAN_INTERFACE "can0"  // CAN接口名称

int main(void) 
{
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    int sockfd;

    // 创建SocketCAN套接字
    sockfd = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
    if (sockfd < 0) 
    {
        perror("Failed to open CAN socket");
        return -1;
    }

    // 绑定SocketCAN套接字到CAN接口
    strcpy(ifr.ifr_name, CAN_INTERFACE);
    ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr);
    addr.can_family = AF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) 
    {
        perror("Failed to bind CAN socket to interface");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    // 准备CAN帧数据
    struct can_frame frame;
    frame.can_id = 0x123;  // CAN帧ID
    frame.can_dlc = 3;     // 数据长度
    frame.data[0] = 0x01;  // 数据字节1
    frame.data[1] = 0x02;  // 数据字节2
    frame.data[2] = 0x03;  // 数据字节3

    // 发送CAN帧
    if (write(sockfd, &frame, sizeof(frame)) != sizeof(frame)) 
    {
        perror("Failed to write CAN frame");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    // 接收CAN帧
    struct can_frame recv_frame;
    while (1) 
    {
        ssize_t bytes_read = read(sockfd, &recv_frame, sizeof(recv_frame));
        if (bytes_read > 0) 
        {
            printf("Received CAN frame: ID=0x%03X, DLC=%d, Data=", recv_frame.can_id, recv_frame.can_dlc);
            for (int i = 0; i < recv_frame.can_dlc; i++) 
            {
                printf("0x%02X ", recv_frame.data[i]);
            }
            printf("\n");
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}