CAN协议学习（一）协议介绍

一、简介

CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信协议。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN 通信协议。此后，CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

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 1 是车载网络的构想示意图。CAN 等通信协议的开发，使多种 LAN 通过网关进行数据交换得以实现。

二、总线拓扑

CAN控制器用于将欲收发的信息（报文），转换为符合CAN规范的CAN帧，通过CAN收发器，在CAN-bus上交换信息。CAN收发器是CAN控制器和物理总线之间的接口，将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，在两条有差分电压的总线电缆上传输数据。拓扑结构如下。

当CAN节点需要发送数据时，控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx线发送到收发器，然后有收发器把这个普通的逻辑电平转化为差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low线输出到CAN总线网络。而通过收发器接收总线上的数据到控制器时，则是相反的过程，收发器把总线上收到的CAN_High及CAN_Low信号转化为普通的逻辑电平信号，通过CAN_Rx输出到控制器中。

由于CAN总线协议的物理层只有1对差分线，在一个时刻只能表示一个信号，所以对通讯节点来说，CAN通讯是半双工的，收发数据需要分时进行。

举例来说，例如某CAN收发器：

CAN_H-CAN_L < 0.5V 时候为隐性的，逻辑信号表现为"逻辑1"- 高电平。

CAN_H-CAN_L > 0.9V 时候为显性的，逻辑信号表现为"逻辑0"- 低电平。

如下表：

个人理解，将rx和tx上的数字信号转化为canh和canl两根线上的高低电平的好处是能增强传输过程的容错率。

三、网络ISO七层协议中的位置

CAN 协议采用简化OSI参考模型，涵盖了 ISO 规定的 OSI基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，OSI参考模型如下表所示。其应用层协议由其他高层协议实现，比如CANopen和DeviceNet等等。

CAN 协议中关于 ISO/OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体有哪些定义下图所示。

数据链路层分为 MAC 子层和 LLC 子层，MAC 子层是 CAN 协议的核心部分。数据链路层的功能是将物理层收到的信号组织成有意义的消息，并提供传送错误控制等传输控制的流程。具体地说，就是消息的帧化、仲裁、应答、错误的检测或报告。数据链路层的功能通常在CAN 控制器的硬件中执行。

在物理层定义了信号实际的发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。但具体地说，信号电平、通信速度、采样点、驱动器和总线的电气特性、连接器的形态等均未定义。这些必须由用户根据系统需求自行确定。

四、数据帧格式

通信是通过以下 5 种类型的帧进行的。

• 数据帧

• 遥控帧

• 错误帧

• 过载帧

• 帧间隔

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。

各种帧的用途如下表所示。

下面具体介绍数据帧格式，包括标准帧格式和拓展帧格式。

CAN 标准帧信息为11个字节，包括两部分：信息和数据部分。前3个字节为信息部分。

字节1为帧信息。第7位（FF）表示帧格式，在标准帧中，FF＝0；第6位（RTR）表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧；DLC表示在数据帧时实际的数据长度，范围0-8。

字节2、3为报文识别码，11位有效。

字节4～1为数据帧的实际数据，远程帧时无效。

CAN 扩展帧信息为13个字节，包括两部分，信息和数据部分。前5个字节为信息部分。

字节1为帧信息。第7位（FF）表示帧格式，在扩展帧中，FF＝1；第6位（RTR）表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧；DLC 表示在数据帧时实际的数据长度，范围0-8。

字节2～5为报文识别码，其高29位有效。

字节6～13数据帧的实际数据，远程帧时无效。