CAN 总线通信原理分析
CAN总线的通信原理
C A N总线的通信原理
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CAN总线的通信原理
3.1 CAN总线协议是建立在国际标准的开放系统OSI 7层互联参考模型基础上的。
其模型结构只有三层。
即只取OSI底层的物理层，数据链路层和应用层，保证节点间无差错的数据传输。
CAN 总线上用“显性”和“隐性”两个互补的逻辑值表示”0”和”1“。
如下图1所示，VCNA-H和VCAN-L为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚。
信号是以两线之间的”差分“电压形式出现。
在隐性状态，VCNA-H和VCAN-L被固定在平均电压的附近。
Vdiff近似于0。
显性位以大于最小值差分电压表示。
CAN总线的通信距离最远可达10km（位速率为5kbps），通信速度最快可为1mbps（此时的最长通信距离可以为40米）。
3.2报文传输
CAN技术的报文传输为多主方式工作，网络上的任意节点均可在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息，而不分主从。
CAN节点只需通过对报文的表示符滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等几种方式发送，接收数据。
CAN总线的数传输采用帧格式的不同，分为含有11位标准帧含有29位标志符的扩展帧，CAN总线的侦类型分为数据帧，远程帧，错误帧和过载帧。
can通信电路原理
can通信电路原理
CAN通信电路原理是基于CAN控制器和CAN收发器来实现数据传输的。
CAN控制器主要负责数据的打包和解包，而CAN收发器则负责数据的传输。
1.CAN控制器：CAN控制器是CAN通信电路的核心部件，它负责将数据打包成CAN数据帧，然后将数据帧传输到CAN收发器。
同时，CAN控制器还负责接收来自CAN收发器的数据帧，解包数据并处理数据。
2.CAN收发器：CAN收发器是CAN通信电路的另一个重要部件，它负责将CAN控制器打包的数据帧转换成电信号，并将其传输到CAN 总线中。
同时，CAN收发器还负责接收来自CAN总线的电信号，将其转换成数据帧，并将其传输到CAN控制器中。
在CAN通信电路中，数据的传输是通过CAN总线实现的。
CAN总线由两根线组成：一根是CAN-H线，另一根是CAN-L线。
当CAN控制器将数据打包成数据帧并传输到CAN收发器时，数据帧的电平会发生变化，从而在CAN总线上产生脉冲信号。
当另一个节点接收到这个脉冲信号时，它可以通过读取数据帧来判断发送节点的地址和数据信息，并将数据发送回发送节点。
这样，就可以实现数据的双向传输。
总的来说，CAN通信电路的原理是利用CAN控制器和CAN收发器来实现数据的打包、解包和传输。
通过CAN总线来实现数据的双向传输，从而实现各个节点之间的通信。
CAN的工作原理
CAN的工作原理CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车、工业控制和通信领域的串行通信协议。
它的工作原理是基于一种分布式通信机制，可以同时连接多个节点，实现高效的数据传输和控制。
CAN的工作原理可以简单概括为以下几个方面：1. 物理层：CAN总线采用双绞线作为传输介质，通常使用差分信号传输方式。
这种方式可以有效地抵抗电磁干扰，提高通信的可靠性。
CAN总线上的每个节点都通过一个传输线连接到总线上。
2. 数据链路层：CAN总线采用一种基于帧的通信协议，数据传输以帧为单位进行。
每个CAN帧由四个部分组成：起始位、帧类型位、数据位和CRC校验位。
起始位用于同步节点的时钟，帧类型位用于标识数据帧或远程帧，数据位用于传输实际的数据，CRC校验位用于检测数据传输的错误。
3. 帧传输：CAN总线上的节点可以同时发送和接收数据。
当一个节点要发送数据时，它首先检查总线上是否有其他节点正在发送数据，如果没有，则它可以开始发送数据。
发送节点会将数据和标识符封装成一个CAN帧，并通过总线发送出去。
其他节点在接收到这个CAN帧后，会检查标识符，如果匹配，则接收数据。
4. 碰撞检测：由于CAN总线是一种共享总线结构，多个节点可能同时发送数据，导致碰撞。
为了解决碰撞问题，CAN总线采用了非破坏性的碰撞检测机制。
当一个节点发送数据时，它会同时监听总线上的数据，如果检测到其他节点同时发送数据，那么发送节点会停止发送，并等待一个随机的时间后重新发送。
5. 优先级：CAN总线上的每个节点都有一个唯一的标识符，用于标识节点的优先级。
当多个节点同时发送数据时，具有更低标识符的节点具有更高的优先级，可以优先发送数据。
这种优先级机制可以确保重要数据的及时传输。
总的来说，CAN的工作原理基于分布式通信机制，通过物理层和数据链路层的协议实现数据的高效传输和控制。
它具有高可靠性、抗干扰能力强、支持多节点等特点，因此在汽车、工业控制和通信领域得到广泛应用。
can总线通讯的工作原理
can总线通讯的工作原理CAN（Controller Area Network）总线是一种高可靠性、实时性强的串行通信系统，广泛用于汽车行业和工业自动化等领域。
CAN总线通信的工作原理如下：1.总线拓扑结构： CAN总线通信采用总线拓扑结构，即多个节点共享同一根总线。
这些节点通过CAN控制器连接到总线上，每个节点都可以发送和接收数据。
2.通信速率： CAN总线通信支持不同的通信速率，通常有多个标准速率可供选择，例如1 Mbps、500 kbps、250 kbps等。
通信速率的选择取决于应用的需求和总线的长度。
3.帧结构： CAN总线通信使用帧结构进行数据传输。
帧由帧起始标志、帧类型、标识符、数据、CRC（循环冗余校验）等字段组成。
其中，标识符用于区分不同的消息和节点。
4.仲裁和冲突检测：当多个节点同时发送消息时，会发生冲突。
CAN总线采用仲裁机制来解决冲突。
每个节点发送的帧包含标识符，标识符的高位优先级较高。
仲裁过程中，节点发送标识符，并对接收到的标识符进行比较。
优先级高的节点会继续发送，而优先级低的节点会停止发送，从而实现冲突检测和解决。
5.错误检测与纠正： CAN总线具有强大的错误检测和纠正机制。
每个节点在发送和接收过程中对消息进行CRC校验，以检测传输中的错误。
如果有错误发生，发送节点会重新发送消息。
6.接收过滤： CAN总线通信可以配置接收过滤器，筛选出感兴趣的消息。
每个节点可以设置过滤规则，只接收符合规则的消息。
7.确认机制：当节点成功接收和处理消息后，会向发送节点发送确认，以确保消息的可靠传输。
总的来说，CAN总线通信通过仲裁机制解决冲突，具有高可靠性和实时性，适用于多节点的分布式系统。
它被广泛应用于汽车行业中的车辆网络和其他工业控制系统中。
CAN的工作原理
CAN的工作原理CAN（Controller Area Network）是一种串行通信协议，广泛应用于汽车、工业控制和其他领域。
CAN的工作原理是通过差分信号传输数据，实现高速、可靠的通信。
本文将从CAN的基本原理、数据传输、错误处理、帧格式和应用领域等方面进行详细介绍。
一、CAN的基本原理1.1 CAN总线结构：CAN总线由两根信号线组成，分别是CAN_H和CAN_L，通过这两根信号线进行数据传输。
1.2 差分信号传输：CAN使用差分信号传输数据，即在CAN_H和CAN_L之间传输相反的信号，以减少干扰和提高抗干扰能力。
1.3 环状拓扑结构：CAN总线采用环状拓扑结构，所有节点通过总线连接在一起，实现节点之间的通信。
二、数据传输2.1 帧格式：CAN数据传输采用帧格式，包括起始位、帧类型、数据段、CRC 校验和结束位等字段。
2.2 传输速率：CAN总线的传输速率通常为1Mbps，根据实际需求可调整传输速率。
2.3 数据传输方式：CAN支持两种数据传输方式，分别是标准帧和扩展帧，用于传输不同长度的数据。
三、错误处理3.1 错误检测：CAN总线具有强大的错误检测和纠正能力，能够检测出传输过程中的错误，并进行相应处理。
3.2 错误标识：CAN在传输过程中会生成错误标识，用于标识出错的节点和错误类型，以便及时处理。
3.3 错误处理机制：CAN采用重发机制和错误帧处理机制，确保数据传输的可靠性和稳定性。
四、帧格式4.1 标准帧：标准帧包括11位标识符，用于传输短数据，适合于实时性要求不高的应用场景。
4.2 扩展帧：扩展帧包括29位标识符，用于传输长数据，适合于实时性要求高的应用场景。
4.3 过滤机制：CAN支持过滤机制，可以根据标识符过滤接收的数据，提高数据传输的效率和准确性。
五、应用领域5.1 汽车行业：CAN在汽车行业广泛应用，用于车载电子系统之间的通信，如发动机控制、仪表盘显示、车载娱乐系统等。
5.2 工业控制：CAN在工业控制领域被广泛应用，用于PLC、传感器、执行器等设备之间的通信，实现自动化生产。
can总线 原理
can总线原理
CAN总线是一种广泛应用于车载网络和工业控制系统中的串
行通信协议。
它基于CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）和差分信号传输技术，能够实现高效可靠的数据传输。
CAN总线的原理如下：
1. 物理层：CAN总线采用差分信号传输技术，使用两根同轴
电缆来传输数据和信号。
其中一根电缆传输高电平信号，另一根电缆传输低电平信号，两根电缆之间的电压差代表着传输的数据。
2. 数据帧：在CAN总线中，数据被封装成帧进行传输。
每个
数据帧由两部分组成：标识符（Identifier）和数据域（Data Field）。
标识符用于区分不同的消息和设备，数据域用于存
储实际传输的数据。
3. 仲裁机制：当多个设备同时发送数据帧时，CAN总线通过
仲裁机制来确定哪一个设备具有发送优先权。
仲裁机制使用位级别的比较来确定标识符的优先级，标识符的低位优先级高。
4. 帧有效性检测：CAN总线中每个设备都会对发送的数据帧
进行错误检测，以确保传输的可靠性。
这包括检查接收的数据帧是否有误码、位错误、位略符错误和CRC（循环冗余校验）错误。
5. 错误处理：当CAN总线上发生错误时，每个设备能够通过
错误报告机制获得有关错误类型和位置的信息，并采取相应的
措施进行纠正或处理。
总的来说，CAN总线通过差分信号传输、仲裁机制、帧有效性检测和错误处理等机制，可以实现高效可靠的数据传输，广泛应用于车载网络和工业控制系统中。
CAN总线的原理及使用教程
CAN总线的原理及使用教程一、CAN总线的原理1.数据链路层：CAN总线采用的是二进制多播通信方式，即发送方和接收方之间没有直接的连接关系，所有节点共享同一个总线。
在一个CAN总线系统中，每个节点都可以发送和接收信息。
当一个节点发送消息时，所有其他节点都能接收到该消息。
2.帧格式：CAN总线使用的是基于帧的通信方式，每个消息都被封装在一个CAN帧中。
帧由起始标志、ID、数据长度码、数据和校验字段组成。
其中，ID是唯一标识符，用来区分不同消息的发送者和接收者。
数据长度码指示了消息中数据的长度。
校验字段用于检测数据的完整性。
3. 传输速率：CAN总线的传输速率可根据需求进行配置，通常可选的速率有1Mbps、500Kbps、250Kbps等。
高速传输速率适用于对实时性要求较高的应用，而低速传输速率适用于对实时性要求不高的应用。
4.错误检测：CAN总线具有强大的错误检测能力，能够自动检测和纠正错误。
它采用了循环冗余校验（CRC）算法，通过对数据进行校验，确保数据的完整性。
如果数据传输过程中发生错误，接收方能够检测到错误，并通过重新请求发送来纠正错误。
二、CAN总线的使用教程1. 硬件连接：在使用CAN总线之前，需要先进行硬件连接。
将所有节点的CANH和CANL引脚连接到同一个总线上，并通过双终端电阻将CANH和CANL引脚与Vcc和地连接。
确保所有节点的通信速率和电气特性相匹配。
2.软件设置：使用相应的软件工具对CAN总线进行配置。
根据具体需求，设置通信速率、总线负载、数据帧格式等参数。
还需要为每个节点分配唯一的ID，用于区分发送者和接收者。
3.数据传输：使用软件工具编写代码，实现消息的发送和接收。
发送消息时，需要指定ID、数据长度和数据内容。
接收消息时，需要监听总线上的消息，并根据ID判断是否为自己需要的消息。
通过合理的逻辑处理，实现节点之间的数据交换和通信。
4.错误处理：CAN总线在数据传输过程中可能会发生错误，如位错误、帧错误等。
can总线的原理
can总线的原理CAN总线的原理CAN总线，全称Controller Area Network，是一种高度可靠的、高速的、串行通信总线，常被应用于汽车电子、工业控制和航空航天等领域。
CAN总线的原理主要包括物理层、数据链路层和应用层。
一、物理层CAN总线的物理层是基于差分传输的。
它使用两条线CAN_H和CAN_L，当CAN_H线电压高于CAN_L线电压时，表示逻辑为1，当CAN_L线电压高于CAN_H线电压时，表示逻辑为0。
CAN总线的差分传输方式具有很强的抗干扰能力，能够有效地抵抗电磁干扰和噪声等干扰。
二、数据链路层CAN总线的数据链路层主要包括帧格式、帧发送和接收机制。
CAN 总线的帧格式包括起始位、帧类型、数据长度、数据区、帧校验和和结束位。
其中，起始位和结束位用于标识一个CAN总线帧的开始和结束，帧类型用于标识数据帧或远程帧，数据长度用于标识数据区的长度，数据区用于存储数据或请求数据，帧校验和用于确认数据的正确性。
CAN总线的帧发送机制采用分时复用和优先级控制的方法，即不同节点通过CAN总线共享相同的带宽，同时通过优先级控制来实现节点之间的数据传输。
当多个节点同时发送数据时，CAN总线会按照节点的优先级进行数据传输，优先级越高的节点先发送数据。
CAN总线的帧接收机制采用广播方式，即所有节点都能够接收到总线上的数据帧，并采用校验和来判断数据的正确性。
如果数据校验和正确，则可以接收数据，否则舍弃数据。
三、应用层CAN总线的应用层是通过标准的数据格式和协议来实现节点之间的数据交换。
CAN总线的应用层支持多种数据类型，包括数字、模拟和状态等，并支持多种通信协议，如CANopen、J1939和DeviceNet等。
CAN总线的原理是基于差分传输的物理层、帧格式、帧发送和接收机制以及应用层协议。
它具有高度可靠的性能、高速的传输速率和良好的抗干扰能力，广泛应用于汽车电子、工业控制和航空航天等领域。
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CAN总线通信原理分析
CAN(Controller Area Network)总线，即控制器局域网总线，在工业控制、医疗电子、家用电器及传感器领域都得到了广泛的应用。
目前国内外文献中针对CAN总线协议分析的文章主要是针对CAN协议的帧结构以或位时序特性进行分析，如文献鲜有从通信的角度对CAN总线协议进行分析，鲜有从工程应用的角度出发，对CAN总线的通信机制进行深入分
析的文章。
1 CAN应用特性及结构构成
CAN总线协议具有两个国际标准，分别是ISO11898和ISO11519。
其中，IS011898是通信速率为125 kbps～1Mbps的高速CAN通信标准，属于闭环总线，总线最大长度为40 m／1Mbps。
ISO11519定义了通信速率为10～125kbps的低速CAN通信标准，属于开环总线，最大长度为1 km／40kbps。
由于电气特性限制，即总线分布电容和分布电阻对总线波形的影响，CAN总线上最大节点数目为110个。
对于应用工程师，只需正确配置收发端
的波特率和位参数即可实现收发节点的数据同步。
通过CAN控制器硬件对报文的标示符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。
同时，由于CAN报文采用短帧结构，并且每帧均包含CRC校验部分，保证了数据出错率极低。
CAN总线在工
程应用中结构构成如图1所示。
系统实现中的CAN应用层、操作系统(在无操作系统的应用中以后台程序实现)及驱动程序共同实现了ISO参考模型中的应用层功能。
其中，CAN应用层定义ID分组、发送数据装包、接收数据处理以及应用层总线安全监测；操作系统／后台程序用于在CAN中断到达后调度CAN驱动程序对数据进行处理；驱动程序包括初始化(控制器工作状态设置、波特率设置、验收滤波器配置)、收发驱动及异常处理程序。
对于传输介质层，需要根据环境干扰噪声、总线长度等来确定。
在强干扰噪声的情况下必须采用屏蔽线；由于分布电容造成的总线波形失真及分布电阻造成的总线电平的衰减，总线长度需要考虑采用的传输介质的分布电阻和分布电容特性；同时，若采用高速总线还需通过实验确定总线的匹配电阻值。
对于CAN驱动层和应用层，驱动程序包括CAN初始化(包括硬件使能、波特率设置、控制器工作模式设置及验收滤波器ID表配置)、收／发驱动并向上层提供接口函数，其中需要说明的是验收滤波器的ID表配置需要根据应用层对系统ID的分组来进行；CAN应用层
根据总线上各节点之间的数据收发关系进行数据包的ID分组、发送数据装包、接收数据处
理及应用层总线安全监测等。
另外，常用的CAN总线上层协议主要有
CANOpen、DeviceNet以及iCAN等。
2 CAN总线同步机制分析
在进行通信过程中，需要解决的最重要的问题之一就是如何实现收发端数据的同步，即接收端可以正确接收和解析发送端发送的数据。
CAN总线协议是一种异步串行通信协议，属于基带通信，其同步的实现源于高级数据链路控制协议(HDLC)。
具体来说，CAN总线协
议的同步是通过如下所述的3个方面来实现的。
2．1参数设定
通信双方通过软件设置相同的波特率、相同的相位调整段长度、相同的同步跳转宽度，通过以上3个元素设置，定义了CAN总线传输过程中的位时间长度以及采样点位置，位结
构如图2所示，图中的CAN时钟即是协议中定义的TQ时间，该时钟是通过外部时钟或者CPU外设时钟分频后得到的CAN控制器的基本时钟信号，SS段对应于起始段，总线上的跳
变沿应发生在此段时间内，TESG1对应于传输段和相位调整段1，TESG2对应于相位调整段2，对于高速总线，控制器在TESG1和TESG2之间对总线进行采样判别。
2．2固定的帧结构
CAN协议中明确定义的固定的帧结构，便于CAN控制器和收发器对总线状态进行监测，在CAN2．0协议规范中，分为标准帧和扩展帧两种帧结构，两者区别只在于仲裁域，标准
帧采用11位标识符，而扩展帧有29位标识符，具体的标准帧、扩展帧帧结构如表1、表
2所示。
2．3硬同步和再同步
2．3．1硬同步
所谓硬同步就是指在总线空闲期间(即总线电平表现为连续的隐性位)，控制器一旦检测到从隐性电平到显性电平的跳变，就说明此时总线上有站点开始发送数据，则强制
CAN控制器的位状态计数器同步到图2所示的SS段，同时位时钟从此开始重新计数(CAN位时间由上层软件设定)。
硬同步用于帧的起始判定。
2．3．2再同步
在CAN总线协议中，再同步是基于位填充机制实现的。
与HDLC协议类似，在CAN的
帧结构中，从帧起始到CRC序列位为止，一旦检测到5个连续相同极性的位，CAN控制器
自动插入一个极性相反的位。
再同步就是在数据传输过程中，CAN控制器通过检测总线上
的跳变沿与节点内部位时间的差异来调整相位调整段1和相位调整段2，调整大小是由同
步跳转宽度编程设定的，调整大小单位为TQ。
具体调整规则是，在传输过程中，由CAN控制器检测到的总线上的跳变沿如果位于节点内部的SS位时间段内，则不需要调整；若跳变沿位于TESG1段，说明总线上的位时间相对于节点的位时间有延迟，则CAN控制器延长节点的TESG1位时间段，若延迟时间值(T0值)大于同步跳转宽度，延长时间为同步跳转宽度值，否则节点的CAN控制器延长其与总线位时间的差值；若跳变沿位于TESG2段，说明总线上的位时间相对于节点的位时间有超前，则CAN控制器减少节点的TESG2位时间段，具体调整规则与TESG1段的调整规则相似。
3 CAN总线地址机制分析
不同于工业以太网、RS485等总线，CAN总线是通过数据包ID而非节点地址来收发数据的，即CAN总线上的节点没有固定的地址，取而代之的是每个节点都需要通过软件配置一个ID表(在该节点的验收滤波器单元中)，如果总线上的数据包的ID号在该节点的ID表中存在，则数据包成功通过该节点的验收滤波器单元的验收，并将被送到上层软件处理单元并进行相应的数据处理，否则，该数据包被丢弃。
举例来说，若总线上的节点A想发送数据包到节点B，则该数据包的ID号必须位于节点B的ID表中，同理，若节点A想广播
数据包到总线上，则该数据包的ID号必须位于总线上所有其它节点的ID表中。
如前所述，ID表是通过软件进行配置的，但验收滤波功能却是通过CAN控制器中的验收滤波器这个硬件单元进行的，所以从速度上来说，验收造成的延迟很小。
另外，采用这种地址机制的优点还在于是采用此总线的系统具有很高的灵活性，即新加入或删除的节点不会影响系统原有节点间的通信。
4 CAN总线仲裁机制分析
总线仲裁，是指当总线上有多个节点在同时发送数据时总线协议的处理方法。
CAN总线采用的是无破坏性的仲裁机制，即若总线上的多个节点同时发送数据，具有高优先级数
据包的节点仲裁胜出，可以继续发送数据，而其它仲裁失败的节点将退出发送状态而转为接收节点，与其他总线仲裁机制(例如局域网的
CSMA／CD)相比，其不仅不会破坏已发送的数据，并且不会造成发送数据的延迟，是CAN总线与其他总线相比的优点之一，其主要是通过CAN总线所具备的如下两个特点实现：
1)CAN总线的线与特性，即当总线上多个节点同时发送显性和隐形电平时，总线电平表现
为显性电平。
2)CAN控制器即使在发送数据的同时也在监控总线电平状态，即当在仲裁时，当控制器发送隐性电平但检测到总线为显性电平时，节点仲裁失败，转为接收节点。
5 CAN总线鲁棒性分析
CAN总线的鲁棒性是通过其对节点和总线数据包安全性的实时检测与监控来实现的，另外，CAN总线通过采用的差分信号对外界干扰信号有较强的抑制作用。
具体论述如下。
5．1实时监控总线波形
CAN控制器不仅在上电后会一直监测总线上其它节点发送的的数据包，并且在自己发送数据包得过程中也在实时监测自己发送的数据，一旦检测到位错误、填充错误、CRC错误、格式错误或者应答错误，该节点就会根据其所处的错误状态(错误激活状态或者错误认可状态)发送相应的错误标志，实际上笔者认为只有错误激活站点发送激活错误标识(即
6个连续的显性位后接8个隐性位的错误标识界定符)会对总线及总线上的节点产生影响，而处于错误认可状态的节点发送的错误认可标识实际对总线没有任何影响(发送的6个隐性电平与总线空闲状态是一致的)。
5．2实时监控节点状态判定节点权限
节点会根据总线上数据包的情况实时改变自身的状态(错误激活、错误认可或者总线
关闭状态)，处于错误激活的节点正常参与总线通信，错误认可的单元参与总线通信，但是在其启动下一个发送之前需要发送8个额外的隐性位。
对于总线上发送的数据包，如表
1所示，15位的CRC序列实现了对起始位、仲裁域、控制域以及数据域(如果有的话)的监控，接收站点在接收到数据后会根据与发送节点相同的算法生成该数据包的CRC序列，并与接收到的CRC序列做比较，如果不同则说明有错，接收节点不会对该数据包做出应答，发送节点就会检测到应答错误并重新发送该数据包。
总之，CAN总线通过数据链路层以及
物理层就已经实现了较高的总线的数据安全性和总线的稳定性。
6 结论
文中以ISO11898协议规范为基础，从通信的角度详细分析了CAN总线的节点同步机制、节点地址机制、总线仲裁机制(即总线冲突解决机制)及总线鲁棒性的实现原理和基础，同时简要介绍了CAN总线的应用特性以及将其应用于实际系统中时总线的系统分层结构，对深入理解CAN总线协议和将CAN总线应用到具体工程项目中，以及研究或开发特定要求的总线系统具有指导意义。