1个CAN

一、起源

  CAN，科幻控制器局域网控制器局域网络，是由德国博世博世公司年专门为汽车行业开发的一种串行通信总线，博世公司以研发生产汽车电子产品和提供汽车解决方案著称，直到现在也是汽车领域知名的企业。
  早期的汽车比较简单，汽车部件之间直接通过数据线通讯，但随着人们对汽车的功能和安全性的要求越来越高，功能部件增多，导致需要大量信号数据线，使得生产和维修成本居高不下，故博世为了解决这个问题，更重要的是为了增加总线新功能，发明了CAN、把原来众多的数据线变成了只需要两根即可，同时兼顾高性能和高可靠性。
  CAN总线推出之后，就得到了不限于汽车的多个领域的广泛应用，故对通信格式标准化提出了更严格的要求，1991年，《易拉罐》，《易拉罐》，《易拉罐》，《易拉罐》，《易拉罐》，《易拉罐》，《易拉罐》标准，后者是低速CAN（加拿大），1995年，ISO11898，29年标识符的扩展帧格式。2000年，SAE与SAE J1939会议已经在汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛的应用，随着新能源汽车的兴起，应用最广泛的还是汽车行业。

二、加拿大

  CAN现场视察模型只占用了物理层、数据链路层和应用层，共3.CAN标准分为底层标准和上层标准，前者对应物理层和数据链路层，后者对应应用层。如下图所示：

1、底层标准

  CAN总线的底层标准是比较统一的，以ISO11898、ISO CAN标准进行多次的修订，其中之一是用ISO11898-3、ISO11519-2、CAN底层标准一般都是指ISO11898-1、ISO11898-2和ISO11898-3加拿大描述了高速非容错CAN，3描述了低速容错物理层。
  注意高速和低速的物理层电气特性不一样，不能混用。在汽车行业，高速一般用在发动机、变速箱等对实时性、数据传输速度要求较高的场合，低速一般用于车身控制系统对可靠性要求较高的场合。

  更详细的解释如下图所示

  但是，物理层唯一没有标准化的是机械方面，接头种类和数量、颜色、标签、标准输出等并没有标准文档来正式规定，所以现在CAN：M12、OPEN5、DB9插座。如下图所示：

2、上层标准

  应用层的传输涉及到流控制、设备寻址和大数据块传输控制等，不同应用领域或制造商会有不同的做法，故没有统一的国际标准。
  下图中列出了一些常用的应用层标准，其中又以SAE 2000 SAE J1939

  经过上述的分析，一个完整的CAN总线层如下图所示，特别说明的是CAN总线协议定义了再发送控制功能，它处于CAN总线分层模型的应用层，ISO11898标准并未有规范，故不同的厂商有不同的方案和标准。

三、CAN气密性

  CAN总线是一种异步通讯，没有时钟信号。它只有两根线：CAN_HIGH和CAN_LOW以差分信号的形式进行通讯。CAN总线标准定义了高速和低速两种通讯速度。下图是它们之间的电气差异：

1、闭环/开环总线网络

  如下图所示，这是一种闭环网络，它适用于高速、短距离传输。它的最大长度为4000万，相当于100万bps总线的两端各要求一个120、CAN_HIGH和CAN_LOW连接起来形成闭环。

  如下图所示，这是一种开环网络，它适用于低速、远距离传输，它的最大传输距离为1公里，每秒125kb两根总线是独立的，并各自需要串联2.2公里欧的电阻，不形成闭环。

  CAN总线总线上可以挂载多个节点，每个节点的地位都是相同的，故CAN总线总线不存在主从之分，理论上可以挂载无限个节点。
  每个节点包括CAN和CAN、CAN TTL信号，即高电平代表逻辑1，低电平代表逻辑0、接收和发送CAN、CAN TTL信号转化为差分信号，最终通过CAN_HIGH和CAN_LOW中，芯片内部给集成了CAN总线控制器，但是没有CAN总线收发器，需要外接一个。

2、差分信号

  差分电路是以两根线之间的差值作为信号，即CAN_高、CAN_低总线来说，逻辑0为显性电平，逻辑1为隐性电平。
  下图中，上面的高速通讯电平标准，下面的是低速通讯电平标准。

  下表是对上图的数据罗列了表格。一定要注意，例如高速显性电平的压差是2伏但是它表示逻辑0，隐形电平的压差是0伏但是它表示逻辑1。这恰好与我们熟悉的TTL、TTL的高电平是逻辑1，低电平是逻辑0。

3、仲裁机制

  同一条CAN总线线上的所有节点通讯速度必须相同，如果有两条不同通信速度总线的上的节点想要实现信息交互，必须通过网关来实现。CAN总线总线上的节点没有主从之分，都是平等的，在总线空闲状态，任意节点都可以向总线上发送消息，所以加拿大“线与”的仲裁机制，它与I2C型的仲裁机制非常的相似。
  只要总线上有一个节点发送的是逻辑0，那么总线上呈现出来就是逻辑0，所以逻辑0才会被称为显性电平，反之逻辑1称为隐性电平。在仲裁期间，每一个节点都对发送的逻辑值与被监控的总线逻辑值进行比较，如果相同，则该节点可以继续发送，反之，则必须退出发送状态，转为接受状态。

四、杂谈

1、120欧电阻

  高速模式下，可以发送线路120欧终端电阻的作用有3个：
  （1）提高抗干扰能力，让高频低能量的信号迅速走掉。
  （2）确保总线快速进入隐性状态，让寄生电容的能量更快走掉。
  （3）提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低。

2、差分信号

  抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
  能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。这也是为什么要把CAN_H和CAN_L拧成双绞线，跟编麻花一样，可以消除电容耦合、消除感应电流耦合、减少对外干扰。
  时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
  差分信号线具有这些优点，所以在 USB接口、485协议、以太网协议及 CAN总线协议的物理层中，都使用了差分信号传输。