CAN总线概述

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种串行异步数据通信协议。

CAN 最初出现在 80 年代末的汽车工业中，由德国 Bosch 公司最先提出。当时，提出 CAN 总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线， 所有的外围器件可以被挂接在该总线上。CAN 最终成为国际标准 （ ISO11898(高速应用)和 ISO11519（低速应用）），是国际上应用最广泛的现场总线之一。

CAN总线的应用

CAN总线主要有以下的特征：

1、数据传送方式，可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据；

2、传输距离，直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）；

3、通信速率，通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）；

4、节点数，节点数实际可达110个。 采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8byte；

5、错误检测功能，每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响；

6、通信介质，通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求；

CAN总线技术规范与标准

CAN技术规范分为两个版本；A版本只定义了CAN报文的标准格式；B版本同时定义了CAN报文的标准与扩展两种格式。

1993年11月，ISO组织正式颁布了CAN国际标准ISO11898与ISO11519。ISO11898标准的通信数据传输速率比为125Kbps~1Mbps，主要是用在高速通信的应用场景；ISO11519标准的通信数据传输速率比为125Kbps以下，主要适用于低速通信应用场景。

CAN 技术规范主要对 OSI 基本参照模型中的物理层（部分）、数据链路层和传输层（部 分）进行了定义。ISO11898 与 ISO11519 标准则对数据链路层及物理层的一部分进行了标准化，如图所示。对于数据链路层，ISO11898和ISO11592-2定义的内容相同；对于物理层，IOS11898和ISO11519-2定义的内容不同。ISO 组织并未对 CAN 技术规范的网络层、会话层、表示层和应用层等部分进行标准化， 而美国汽车工程师学会（Society of Automotive Engineers, 简称 SAE）等其他组织、 团体和企业则针对不同的应用领域对 CAN 技术规范进行了标准化。这些标准对 ISO 标准未涉 及的部分进行了定义，它们属于 CAN 应用层协议。

常见的 CAN 标准及其详情见图表

CAN总线的网络拓扑

图中展示的 CAN 总线网络拓扑包括两个网络：其中一个是遵循 ISO11898 标准的高速 CAN 总线网络（传输速率为 500Kbps），另一个是遵循 ISO11519 标准的低速 CAN 总线网络 （传输速率 125Kbps）。高速 CAN 总线网络被应用在汽车动力与传动系统，它是闭环网络， 总线最大长度为 40 米，要求两端各有一个 120Ω的电阻。低速 CAN 总线网络被应用在汽车 车身系统，它的两根总线是独立的，不形成闭环，要求每根总线上各串联一个 2.2KΩ的电阻。

CAN总线的传输介质

CAN 总线可以使用多种传输介质，常用的有双绞线、同轴电缆和光纤。

在选择 CAN 总线的传输介质时，需要关注以下几个注意事项：第一，物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，同时在总线仲裁时，“显性”状态可支 配“隐性”状态；第二，双线结构的总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输以减弱电磁干扰的影响；第三，使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显性电平通过状态“亮”表示；第四，同一段 CAN 总线网络必须采用相同的传输介质。

双绞线目前已在很多 CAN 总线分布式系统中得到广泛应用，如：汽车电子、电力系统、电 梯控制系统和远程传输系统等。

双绞线具有以下特点：

1、采用抗干扰的差分信号传输方式；

2、技术上容易实现，造价比较低廉；

3、对环境电磁辐射有一定的抑制能力；

4、随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；

5、最大总线长度可达40米；

6、适合传输速率为5Kbps~1Mbps的CAN总线网络。

使用双绞线构成 CAN 网络时的注意事项如下：

1、网络的两端必须各有一个 120Ω 左右的终端电阻；

2、支线尽可能短；

3、确保不在干扰源附近部署 CAN 网络

4、所用的电缆电阻越小越好，以避免线路压降过大；

5、CAN 总线的波特率取决于传输线的延时，通信距离随着波特率减小而增加。

光纤 CAN 网络可选用石英光纤或塑料光纤，其拓扑结构有三种类型：总线型，环形和星型。

总线型的定义：由一根用于共享的光纤总线作为主线路，各个节点使用总线耦合器和站点耦合器实现与主线路的连接；下图是总线型的结构图

环形的定义：每个节点与相邻的节点进行点对点相连，所有节点形成闭环；下图是环形的结构图

星型的定义：网络中有一个中心节点，其他节点与中心节点进行点对点相连；下图是星型的结构图

光纤与双绞线、同轴电缆相比，有以下优点：光纤的传输损耗低，中继距离大大增加；光纤具有不辐射能量、不导电、没有电感的优点；光纤不存在串扰或光信号相互干扰的影响；光纤不存在线路接头的感应耦合而导致的安全问题；光纤具有强大的抗电磁干扰的能力。