CAN協(xié)議教程(中文版)

CAN協(xié)議教程(中文版)1.CAN協(xié)議概述CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）是一種用于汽車和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的串行通信協(xié)議。它由德國(guó)博世公司于1983年首次提出，并于1993年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。CAN協(xié)議以其高可靠性、高實(shí)時(shí)性和低成本等特點(diǎn)，在汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CAN協(xié)議的主要特點(diǎn)包括：多主通信：CAN總線上的任意節(jié)點(diǎn)都可以作為主節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信，無需中央控制節(jié)點(diǎn)。非破壞性仲裁：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息時(shí)，CAN協(xié)議通過優(yōu)先級(jí)仲裁機(jī)制保證消息的正確傳輸，避免數(shù)據(jù)沖突。錯(cuò)誤檢測(cè)與處理：CAN協(xié)議具有強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的可靠性。高實(shí)時(shí)性：CAN協(xié)議采用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)幀，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。2.CAN協(xié)議的物理層CAN協(xié)議的物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎馓匦?，包括電壓電平、傳輸速率、總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。CAN總線通常采用雙線制，使用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，以提高抗干擾能力。電壓電平：CAN總線上的高電平為2.5V，低電平為0V。傳輸速率：CAN總線的傳輸速率可從10Kbps到1Mbps不等，具體取決于總線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量?？偩€拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：CAN總線通常采用線型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)通過CAN收發(fā)器連接到總線上。3.CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、傳輸和接收。CAN數(shù)據(jù)幀包括幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束等部分。幀起始：用于標(biāo)識(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的開始。仲裁場(chǎng)：包含11位或29位標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí)消息的優(yōu)先級(jí)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)?？刂茍?chǎng)：包含數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC），用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)場(chǎng)：包含0到8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。CRC場(chǎng)：包含CRC校驗(yàn)碼，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。應(yīng)答場(chǎng)：接收節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送應(yīng)答信號(hào)來確認(rèn)正確接收數(shù)據(jù)幀。幀結(jié)束：用于標(biāo)識(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。4.CAN協(xié)議的應(yīng)用層CAN協(xié)議的應(yīng)用層定義了數(shù)據(jù)幀的具體含義和用途。應(yīng)用層協(xié)議通常由行業(yè)組織或用戶自行定義，例如：CANopen：用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用層協(xié)議。J1939：用于汽車領(lǐng)域的應(yīng)用層協(xié)議。ISO15765：用于診斷服務(wù)的應(yīng)用層協(xié)議。CAN協(xié)議教程(中文版)5.CAN協(xié)議的幀類型CAN協(xié)議支持兩種類型的幀：數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀。數(shù)據(jù)幀：用于傳輸實(shí)際數(shù)據(jù)，包含幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束等部分。遠(yuǎn)程幀：用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)幀，只包含幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束等部分。6.CAN協(xié)議的錯(cuò)誤處理位錯(cuò)誤：發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到發(fā)送的位與接收到的位不一致。填充錯(cuò)誤：發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到違反位填充規(guī)則。CRC錯(cuò)誤：接收節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到CRC校驗(yàn)碼錯(cuò)誤。格式錯(cuò)誤：接收節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到數(shù)據(jù)幀格式錯(cuò)誤。應(yīng)答錯(cuò)誤：發(fā)送節(jié)點(diǎn)未收到應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，CAN協(xié)議會(huì)通過錯(cuò)誤幀和重傳機(jī)制來糾正錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的可靠性。7.CAN協(xié)議的波特率總線長(zhǎng)度：總線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，信號(hào)傳輸延遲越大，波特率應(yīng)相應(yīng)降低。節(jié)點(diǎn)數(shù)量：節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，總線負(fù)載越大，波特率應(yīng)相應(yīng)降低。電磁干擾：電磁干擾越強(qiáng)，波特率應(yīng)相應(yīng)降低。8.CAN協(xié)議的濾波器CAN協(xié)議支持使用濾波器來過濾掉不需要的消息。濾波器可以根據(jù)消息的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行過濾，只允許特定標(biāo)識(shí)符的消息通過。濾波器分為兩類：接收代碼：用于接收消息的標(biāo)識(shí)符必須匹配接收代碼才能通過。屏蔽代碼：用于接收消息的標(biāo)識(shí)符必須匹配屏蔽代碼的特定位才能通過。通過使用濾波器，可以提高CAN總線的效率，減少不必要的消息傳輸。9.CAN協(xié)議的診斷功能錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：用于記錄發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤次數(shù)。錯(cuò)誤檢測(cè)：用于檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤。錯(cuò)誤處理：用于處理錯(cuò)誤，例如發(fā)送錯(cuò)誤幀、重傳數(shù)據(jù)幀等。故障指示燈：用于指示網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤狀態(tài)。通過使用診斷功能，可以提高CAN總線的可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤。10.CAN協(xié)議的應(yīng)用領(lǐng)域汽車電子：CAN協(xié)議用于汽車內(nèi)部的通信，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、車身控制、儀表盤顯示等。工業(yè)自動(dòng)化：CAN協(xié)議用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的通信，例如、PLC、傳感器等。航空航天：CAN協(xié)議用于航空航天器的通信，例如飛行控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)等。CAN協(xié)議教程(中文版)11.CAN協(xié)議的通信過程1.初始化：節(jié)點(diǎn)在加入CAN總線之前需要進(jìn)行初始化，包括設(shè)置波特率、濾波器、錯(cuò)誤處理等參數(shù)。2.發(fā)送消息：節(jié)點(diǎn)在發(fā)送消息之前需要檢查總線狀態(tài)，如果總線空閑，則可以發(fā)送消息。3.接收消息：節(jié)點(diǎn)在接收消息之前需要檢查消息的標(biāo)識(shí)符，如果標(biāo)識(shí)符與濾波器匹配，則可以接收消息。4.錯(cuò)誤處理：節(jié)點(diǎn)在通信過程中如果檢測(cè)到錯(cuò)誤，需要根據(jù)錯(cuò)誤類型進(jìn)行處理，例如發(fā)送錯(cuò)誤幀、重傳數(shù)據(jù)幀等。5.終止通信：節(jié)點(diǎn)在完成通信后需要釋放總線資源，以便其他節(jié)點(diǎn)可以使用總線。12.CAN協(xié)議的節(jié)點(diǎn)配置波特率：節(jié)點(diǎn)需要配置與總線相同的波特率，以保證通信的同步。標(biāo)識(shí)符：節(jié)點(diǎn)需要配置唯一的標(biāo)識(shí)符，以便其他節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別該節(jié)點(diǎn)。濾波器：節(jié)點(diǎn)需要配置濾波器，以過濾掉不需要的消息。錯(cuò)誤處理：節(jié)點(diǎn)需要配置錯(cuò)誤處理機(jī)制，以便在通信過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠及時(shí)處理。13.CAN協(xié)議的故障診斷錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：用于記錄發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤次數(shù)。錯(cuò)誤檢測(cè)：用于檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤。錯(cuò)誤處理：用于處理錯(cuò)誤，例如發(fā)送錯(cuò)誤幀、重傳數(shù)據(jù)幀等。故障指示燈：用于指示網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤狀態(tài)。通過使用故障診斷功能，可以提高CAN總線的可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤。14.CAN協(xié)議的安全性和可靠性多主通信：CAN總線上的任意節(jié)點(diǎn)都可以作為主節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信，無需中央控制節(jié)點(diǎn)。非破壞性仲裁：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息時(shí)，CAN協(xié)議通過優(yōu)先級(jí)仲裁機(jī)制保證消息的正確傳輸，避免數(shù)據(jù)沖突。錯(cuò)誤檢測(cè)與處理：CAN協(xié)議具有強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的可靠性。高實(shí)時(shí)性：CAN協(xié)議采用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)幀，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。15.CAN協(xié)議的未來發(fā)展CANF