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摘要：本文 CAN 總線工作原理、協(xié)議規(guī)范與幀格式等細(xì)節(jié)。
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1. 概述
CAN 是 Controller Area Network（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）的簡(jiǎn)稱，最初是由德國 Bosch 公司設(shè)計(jì)的，應(yīng)用于汽車的監(jiān)測(cè)和控制。CAN 總線作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，逐步被廣泛應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域。
1991 年 9 月，Philips 制定并發(fā)布 CAN 技術(shù)規(guī)范：CAN 2.0A和 CAN2.0B。1993 年 11 月，ISO 組織正式頒布 CAN 國際標(biāo)準(zhǔn) ISO11898。CAN 總線是唯一成為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。
2. CAN 總線介紹
2.1 CAN總線協(xié)議
CAN 總線規(guī)范分為兩種 CAN2.0A 和 CAN2.0B：
①CAN2.0A：CAN 標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式
②CAN2.0B：CAN 標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式和擴(kuò)展報(bào)文格式
CAN 總線技術(shù)規(guī)范目的：
①定義數(shù)據(jù)鏈路層
②定義 CAN 協(xié)議在周圍各層中所發(fā)揮的作用
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CAN 總線上是差分信號(hào)，一個(gè)差分信號(hào)是用一個(gè)數(shù)值來表示兩個(gè)物理量之間的差異：
邏輯 0—顯性—CAN_H 對(duì)應(yīng)是 3.5V,CAN_L 對(duì)應(yīng)是 1.5V
邏輯 1—隱性—CAN_H 對(duì)應(yīng)是 2.5V,CAN_L 對(duì)應(yīng)是 2.5V
正常情況下：
CAN_H 標(biāo)準(zhǔn)電壓：隱性為 2.6V 左右；顯性為 3.8V 左右
CAN_L 標(biāo)準(zhǔn)電壓：隱性為 2.4V左右；顯性為 1.2V左右
（2）CAN總線信號(hào)編碼方式
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CAN 總線采用 NRZ（單極性不歸零碼）編碼，相比曼徹斯特碼具有更好的 EMC 性能。當(dāng)發(fā)送器檢測(cè)到位流里有連續(xù) 5 個(gè)相同極性的位就會(huì)插入一個(gè)填充位，接收器會(huì)刪除這個(gè)填充位，然而在固定的位場(chǎng)中不使用位填充。
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2.3 CAN總線幀格式及幀類型
2.3.1 CAN總線幀格式
CAN 總線有二種不同的 CAN 幀格式，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。CAN2.0A 協(xié)議僅支持標(biāo)準(zhǔn)幀；CAN2.0B協(xié)議引入第二種幀格式，它支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。具有11位標(biāo)識(shí)符的CAN幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀；具有 29 位標(biāo)識(shí)符的 CAN 幀稱為擴(kuò)展幀。兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線上。
2.3.2 CAN總線幀類型
CAN 總線報(bào)文傳送主要有四種類型的幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀以及過載幀。
（1）數(shù)據(jù)幀
由 7 個(gè)不同的位場(chǎng)組成，分別是幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC 場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)以及幀結(jié)束。數(shù)據(jù)幀用于從發(fā)送節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。
①幀起始（SOF）：表示數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，僅由 1 位顯性位（0）組成
②幀結(jié)束（EOF）：表示數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的結(jié)束，由 7 位隱性位（1）組成。
③仲裁場(chǎng)：用于實(shí)現(xiàn)總線仲裁功能和設(shè)置沖突發(fā)生時(shí)的優(yōu)先級(jí)。11 位標(biāo)識(shí)符的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀；29 位標(biāo)識(shí)符的是擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位 RTR 用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀，在數(shù)據(jù)幀中 RTR 必須為顯性電平（0）；遠(yuǎn)程幀中該位為隱性電平（1）。
不管在數(shù)據(jù)幀中還是遠(yuǎn)程幀中，標(biāo)準(zhǔn)幀的 RTR 位被擴(kuò)展幀的 SRR 位替代，SRR 位在擴(kuò)展幀中必須為隱性位，擴(kuò)展幀的 RTR 位被置于保留位 r1 前。
④控制場(chǎng)：控制場(chǎng)中的IDE位用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。在標(biāo)準(zhǔn)幀中該位為顯性電平 （0）；擴(kuò)展幀中該位為隱性電平（1），接收器檢測(cè)位流序列的 IDE位以識(shí)別接收的是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（DLC），指示數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)目，共 4 個(gè)位 DLC0—DLC3。DLC 可以設(shè)置0—8 的數(shù)字表示數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（超過 8 的數(shù)字則認(rèn)為是 8，這種情況并不視為出錯(cuò)）。 兩位保留位 r0 和 r1，用于擴(kuò)展。保留位必須全部以顯性電平發(fā)送，但接收方可以接收顯性、隱性及其任意組合的電平。
⑤數(shù)據(jù)場(chǎng)：數(shù)據(jù)場(chǎng)可以為 0—8 個(gè)字節(jié)，首先發(fā)送 MSB（最高位），一般情況下都是 8 個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)可以存儲(chǔ)任意的數(shù)。
⑥CRC場(chǎng)：CRC校驗(yàn)僅僅是CAN通訊的一種錯(cuò)誤檢測(cè)，用于對(duì)幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)上的位進(jìn)行校驗(yàn)。CRC 碼最適合于短幀報(bào)文，CRC 界定符為 1 位隱性位。
⑦應(yīng)答場(chǎng)：應(yīng)答場(chǎng)長(zhǎng)度為 2 位，包含應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。在應(yīng)答域里，發(fā)送站發(fā)送兩個(gè)“隱性”位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙期間發(fā)送 ACK 信號(hào)，向發(fā)送器發(fā)送一個(gè)“顯性”的位以示應(yīng)答。
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