CAN全稱(chēng)為“ControllerAreaNetwork”，簡(jiǎn)稱(chēng)CAN，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。在當(dāng)前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。出于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類(lèi)型及對(duì)可靠性要求不盡相同，且因多條總線構(gòu)成的情況復(fù)雜、線束數(shù)量增加。為了適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需求，1986年德國(guó)電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)IS011898及IS0 11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。

CAN總線的特點(diǎn)

1、CAN是一種多主總線，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)均可成為主機(jī)，他們之間都可進(jìn)行通信。

2、硬件方面，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1mb/s。

3、CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。

4、CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，改為從通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種數(shù)據(jù)塊編碼方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要。

5、數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。

6、CAN協(xié)議采用了crc檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的極高的可靠性和獨(dú)特設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)設(shè)各測(cè)控單元互連。工業(yè)界的地位不可小覷，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

CAN總線的工作原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類(lèi)似，但也有一些明顯的區(qū)別。

當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行了接收。每組報(bào)文開(kāi)頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱(chēng)為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。

由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。所以在CAN總線中加進(jìn)一些新站非常便利且無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過(guò)程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無(wú)須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

CAN總線的優(yōu)點(diǎn)：

1、高性能：具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)；

2、抗干擾：采用雙線串行通信方式，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲多干擾環(huán)境中工作；

3、高集成：具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器集合到CAN-bus 上，從而形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)；

4、可控性：可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文；

5、驗(yàn)證與糾錯(cuò)：可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制；

6、修復(fù)能力：發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；

7、智能化：節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能；

8、安全性：報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

CAN總線缺點(diǎn)：1、可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)不一致性；2、可能出現(xiàn)的不可預(yù)估錯(cuò)誤；3、信道堵塞情況。

CAN總線的應(yīng)用

1.樓宇自動(dòng)化，在樓宇自動(dòng)化中，現(xiàn)代的建筑安裝系統(tǒng)（通風(fēng)、照明、安全、監(jiān)控）越來(lái)越多地建立在CAN總線系統(tǒng)上，通過(guò)其現(xiàn)實(shí)開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、照明設(shè)備、其他執(zhí)行器和多控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)建筑中各操作單元之間的協(xié)作，并對(duì)各單元不斷變化的狀態(tài)實(shí)時(shí)控制。

2.安全監(jiān)控，在當(dāng)前的各種監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍存在可靠性、實(shí)時(shí)性不高，分站缺乏統(tǒng)一規(guī)范等缺點(diǎn)，不能夠很好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。CAN總線由于具有高數(shù)據(jù)傳輸率、完善的規(guī)范和協(xié)議、高實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性等，可很好解決上述各種問(wèn)題。多應(yīng)用如：水電站高邊坡監(jiān)控系統(tǒng)、大型遠(yuǎn)程高邊坡監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、輥道陶瓷窖等監(jiān)控系統(tǒng)。

3.汽車(chē)工業(yè)，在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通信，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間進(jìn)行信息交換，并形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò)。如：汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。其應(yīng)用使汽車(chē)的安全性、舒適性、動(dòng)力性等性能更智能現(xiàn)代化。現(xiàn)在CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面，CAN總線在當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域成長(zhǎng)迅速、被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。它實(shí)現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)對(duì)象各節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信。

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