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CAN總線基礎知識介紹

發表時間: 2020-05-12 10:53:40

作者: 北京科瑞興業科技有限公司

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CAN總線基礎知識介紹


什麼是CAN ?
  CAN,全稱為“Controller Area Network”,即控製器局域網,是國際上應用最廣泛的現場總線之一。最初,CAN被設計作為汽車環境中的微控製器通訊,在車載各電子控製裝置ECU之間交換信息,形成汽車電子控製網絡。比如:發動機管理系統、變速箱控製器、儀表裝備、電子主幹系統中,均嵌入CAN控製裝置。
  一個由CAN 總線構成的單一網絡中,理論上可以掛接無數個節點。實際應用中,節點數目受網絡硬件的電氣特性所限製。例如,當使用Philips P82C250作為CAN收發器時,同一網絡中允許掛接110個節點。CAN 可提供高達1Mbit/s的數據傳輸速率,這使實時控製變得非常容易。另外,硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁幹擾能力。

CAN 是怎樣發展起來的?
  CAN最初出現在80年代末的汽車工業中,由德國Bosch公司最先提出。當時,由於消費者對於汽車功能的要求越來越多,而這些功能的實現大多是基於電子操作的,這就使得電子裝置之間的通訊越來越複雜,同時意味著需要更多的連接信號線。提出CAN總線的最初動機就是為了解決現代汽車中龐大的電子控製裝置之間的通訊,減少不斷增加的信號線。於是,他們設計了一個單一的網絡總線,所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年,CAN 已成為國際標準ISO11898(高速應用)和ISO11519(低速應用)。
  CAN是一種多主方式的串行通訊總線,基本設計規範要求有高的位速率,高抗電磁幹擾性,而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時,CAN 仍可提供高達50Kbit/s的數據傳輸速率。
  由於CAN總線具有很高的實時性能,因此,CAN已經在汽車工業、航空工業、工業控製、安全防護等領域中得到了廣泛應用。

CAN 是怎樣工作的?
  CAN通訊協議主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統互連模型(OSI)一緻。每一層與另一設備上相同的那一層通訊。實際的通訊發生在每一設備上相鄰的兩層,而設備隻通過模型物理層的物理介質互連。CAN的規範定義了模型的最下面兩層:數據鏈路層和物理層。下表中展示了OSI開放式互連模型的各層。應用層協議可以由CAN用戶定義成適合特別工業領域的任何方案。已在工業控製和製造業領域得到廣泛應用的標準是DeviceNet,這是為PLC和智能傳感器設計的。在汽車工業,許多製造商都應用他們自己的標準。
  表1 OSI開放系統互連模型
  7 應用層 最高層。用戶、軟件、網絡終端等之間用來進行信息交換。如:DeviceNet
  6 表示層 將兩個應用不同數據格式的系統信息轉化為能共同理解的格式
  5 會話層 依靠低層的通信功能來進行數據的有效傳遞。
  4 傳輸層 兩通訊節點之間數據傳輸控製。操作如:數據重發,數據錯誤修複
  3 網絡層 規定了網絡連接的建立、維持和拆除的協議。如:路由和尋址
  2 數據鏈路層 規定了在介質上傳輸的數據位的排列和組織。如:數據校驗和幀結構
  1 物理層 規定通訊介質的物理特性。如:電氣特性和信號交換的解釋
  
  CAN能夠使用多種物理介質,例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送,兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”,靜態時均是2.5V左右,此時狀態表示為邏輯“1”,也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,稱為“顯形”,此時,通常電壓值為:CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。

CAN 有哪些特性?
  CAN具有十分優越的特點,使人們樂於選擇。這些特性包括:
   低成本
   極高的總線利用率
   很遠的數據傳輸距離(長達10Km)
   高速的數據傳輸速率(高達1Mbit/s)
   可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文
   可靠的錯誤處理和檢錯機製
   發送的信息遭到破壞後,可自動重發
   節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能
   報文不包含源地址或目標地址,僅用標誌符來指示功能信息、優先級信息


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