车载开发学习——CAN总线

CAN总线又称为汽车总线，全程为“控制器局域网（Controller Area Network）”，即区域网络控制器，它将区域内的单一控制单元以某种形式连接在一起，形成一个系统。在这个系统内，大家以一种大家都认可的“语言”来交流沟通，这种“语言”便是数据传输协议。CAN总线最早是由德国Bosch公司和Inter公司合作开发，目的就是为了解决汽车上众多电子控制单元之间数据的传输问题，它是数据交换的一种串行通讯协议。

为什么使用CAN？

汽车工业蓬勃发展，汽车的电子控制单元逐渐增多。各电控单元之间的信号交换导致汽车线束的级数增加，复杂粗大的线束与汽车有限的布线空间之间矛盾越来越突出，繁多的线束导致电气系统可靠性下降，同时增加了重量。

CAN总线将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大减少了汽车的线束，如下面的示意图：

比如上图中，每个部分的多个器件都挂载在CAN总线上（一个CAN总线上的所有器件通讯速率必须相同），各个部分再汇集到网关，由网关分配实现各个不同速率的部分之间通讯，这样就很方便轻松实现了对汽车整体电控部分的检测与控制。

子控制单元之间数据的传输问题，它是数据交换的一种串行通讯协议。

CAN总线应用实例

既然这是一个系统，那么这个系统是如何构成的呢？CAN总线主要由导线、控制器、收发器和终端电阻四部分组成。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线；收发器负责接受和发送网络上共享的信息；控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译；电阻是阻止CAN总线信号产生对变化电压的反射，当电阻出现故障，控制单元的信号将会是无效。

CAN协议及组成

CAN协议经过ISO标准化后有两个标准ISO11898标准和IS011519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率为125Kbps~1Mbps的高速通信标准（闭环），而IS011519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准（开环）。

Kbps：总线的通信速率，指的是位速率。或称为比特率（和波特率不是一回事），表示的是：单位时间内，通信线路上传输的二进制位的数量，其基本单位是 bps 或者 b/s (bit per second)。

CAN的组成一般有两种方式：

• 1：CPU与CAN控制器集成到一起、再外接CAN收发器；
• 2：另一种是CPU与CAN控制器分开的，使用的时候需要配置CAN接口电路，比较麻烦。

STM32中就是采用第一种方式，将CAN接口集成在芯片内，使用的时候再外接CAN收发器（顾名思义，可发送，可接收），常用的有TJA1050或者82C250。

CAN收发器是用于TTL电平与差分电压信号相互转换的，

• TTL电平即单片机引脚直接提供的电平，逻辑0代表低电平，逻辑1代表高电平；
• 而差分电压信号则为固定的电压值。

2. CAN通信过程

以ISO11898 标准的高速、短距离闭环网络为例，总线最大长度为 40m，通信速度最高为 1Mbps。在 CAN 总线的起止端有一个 120Ω的终端电阻，是用来来做阻抗匹配，以减少回波反射。

CAN总线技术原理

汽车上能采用CAN总线技术，那么CAN总线技术有哪些特点呢？

• 整体结构特点

CAN为多主工作方式，即每个节点均可以主动发送信息，没有主从之分。这个网络上的任意节点都可以在任意时刻主动的向网络上的其它节点发送信息，完全的自主独立。

• 信息内容分等级

CAN网络上的信息分为不同的优先级，可以满足汽车上不同操作的实时要求。高优先级的信息最快可以在134微秒内送达。

• 非破坏性仲裁技术

当多个节点向总线发送信息时，优先级低的节点会主动退出发送，优先级高的节点的信息可以不受影响的继续传输。

• 报文滤波实现信息传递

通过报文滤波就可以实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式实现数据的传输和接受，不需要专门的协调调度。

• 传输介质

CAN的通信介质为双绞线、同轴电缆或光纤，可选择性多。

本文主要是简单介绍了车载开发技术中的CAN总线板块，有关车载开发技术还有许多需要深入学习的。这里文章写得比较笼统，更多详细内容可以参考《车载开发手册》点击可以查看详细内容。

基于以上特点，CAN总线有系统数据稳定可靠、线间干扰小、抗干扰能力强等特点，同时CAN总线专为汽车量身定做，可以承受住汽车上恶劣的工作环境，比如点火线圈点火时产生的强大的反充电压、汽车发动机机仓内100℃左右的高温等恶劣工况。