Autosar CAN开发03（从实际应用认识CAN总线的物理层）

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前言

在上一章的《AUTOAR CP入门》中，我们大概了解一下Autosar和入门Autosar的方法。

另外，上一章也说到，学习Autosar CAN通讯开发应该先学习跟逻辑相关的东西，这样更容易入门，等到入门之后，再往下学习CAN驱动相关的东西。

但是，总不能都搞CAN开发了，但是连CAN是什么东西，CAN通讯要怎么接线都不知道吧？

所以，接下来，我会先把CAN物理层的东西，并且是经常要实际用到的CAN物理层的知识讲一下。

另外，由于此时是CAN入门，关于CAN物理层的很多的深入的细节都会略过，比如错误帧、CAN报文的各个段、ACK等等，这些内容大部分都是要解决一些CAN问题时才用得到。而且，另外还有很多是CAN开发中基本用不上的概念，这篇文章就不那么深入讲解了。

如果一开始学习就全部概念都去看，大多是看的一知半解，而且学了这些概念对软件开发没有特别大的帮助，反而打击了学习信心和欲望。

实际上，等到后面接触多了CAN的东西，碰到相关问题时，自然就会有一种渴望去学习这些最底层的CAN相关知识。

从物理上认识CAN总线

好了，回归正题。

CAN开发，CAN开发，所以肯定要先知道CAN是个什么东西。

首先，大家第一次真正接触CAN，是不是通过电脑CAN上位机软件看到很多的CAN数据在不断刷屏？

要出现这样的数据，CAN接线是这样的：

每个人用的设备可能不一样，但是都是一个CAN盒、两根CAN线（CANH/CANL）、一个终端电阻（或CAN盒自带终端电阻、或板子自带终端电阻）、一个板子、一台电脑

对于刚接触CAN的人来说，可能上面的图看不懂。

没关系，下面我们从物理层面入手，把上面这张图拆解开。

好了，我们先把上面的图抽象一点点，变成这样：

再抽象一点点，变成这样：

实际上，我们的电脑和CAN盒就是一个模拟的CAN节点。

所以，我们把上面的图完善一下，得出下面这张图：

刚接触可能看不太懂上面的图，没关系，我们从这张图截取一个CAN节点来看，梳理一下CAN通信需要的硬件东西都有些什么，并且有什么用，然后就明白了：

①CAN高/CAN低（双绞线）

注意它是一条双绞线，就是像麻花一样卷一起的两条线，数据是通过这两条线传输的。绞在一起目的是抗干扰的，为什么能抗干扰，我们下面马上讲到。

②终端电阻

为什么它叫“终端”电阻。

就是因为在这根双绞线的两头最远处才需要接的电阻，只需要两个就行了，每个120Ω。原因就难解释了，涉及到各种物理知识，我也不看的一知半解，我们目前只需要知道，CAN要正常通讯，一定要有这玩意就行。

这时，你想起来一开始那张图，好像只有一个终端电阻啊！

但是，你认真想了想，发现大家平时确实都这样接：单板接CAN盒然后再接​一个120Ω的终端电阻，最后再把CAN盒接到电脑上。

那么，为什么明明CAN标准里的要求其实是CAN总线的两端各需要接一个终端电阻，即两个120Ω的终端电阻并联，总阻值为60Ω，但我们平时调试的时候只接了一个就能正常通讯了呢？

据我所知，CAN总线要正常通讯，并联1~4个终端电阻（总电阻120Ω~30Ω）都是能正常通讯的。终端电阻的使用与CAN总线的长度和CAN节点的放置有关系，在整车CAN总线规划的时候，终端电阻会根据CAN总线长度和节点的放置决定阻值。

而我们平时调试，只要能正常通讯就行了，要求不需要那么严格。

③CAN收发器

CAN收发器它有啥用呢？

首先要知道：CAN数据是通过CANH和CANL的差分信号进行传输的。

怎么理解呢？

看下面这张图，图中的是CANH和CANL进行数据传输时的电压情况：

从这里我们认识两个概念：

隐性电平：CANH和CANL差值为0V时称为隐性电平(实际上，隐性电平的正常电压范围是：-0.5V~0.05V)，代表逻辑1。

显性电平：CANH和CANL差值为2V称为显性电平(实际上，显性电平的正常电压范围是：1.5V~3V），代表逻辑0（一般我都这么记：显灵显灵，逻辑0）。

另外，CAN通讯的目的就是传输数据嘛，而数据在芯片的世界里只能用逻辑0和逻辑1表示，但是CAN总线需要用两根线的差分信号表示逻辑0和逻辑1，怎么办呢？

所以，CAN收发器的作用就出来了：

接收数据时：把（CANH/CANL）的差分电平转换成逻辑电平，并通过RX引脚传给MCU的CANRX。这样MCU就收到CAN总线的数据了，像下面这样：

发送数据时：把CANTX发过来的逻辑电平，转换成（CANH/CANL）的差分电平发送出去。这样MCU就把数据发到CAN总线了，像下面这样：

好了，到现在为止，你应该明白了CAN总线的物理层是怎么一回事。

另外，我们上面还遗留一个双绞线为什么抗干扰的问题。

既然我们知道了CAN总线传输数据的方式是差分信号，那么你想想，由于我们的CANH和CANL是双绞线，出现干扰时就会同时干扰两条线，如下面这张图：

假设由于干扰导致CANH和CANL的电压都上升了1V。

CANH变成了4.5V，CANL变成了2.5V。但是：4.5V-2.5V还是等于2V。所以，这并不影响正常通讯。因此，双绞线是能抗干扰的。

好了，关于CAN总线要工作起来，物理层面所有需要的东西，我们总结一下：

①双绞线、②终端电阻、③收发器、④带有CAN控制器的MCU(这个入门先不管它，知道要有就行了)

有这几样东西之后，只要我们MCU的CAN驱动代码是正常的，那么就能正常通讯了。

结束

好了，了解了CAN物理层面都要些什么具体的东西之后，我们下一章看看什么是CAN报文。

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发表日期：2023.12.25

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