CAN总线说明

### CAN总线说明详解 #### 一、CAN总线概述 CAN（Controller Area Network）总线是一种串行通信协议，最初由德国Bosch公司在20世纪80年代末为汽车行业的应用需求而研发。随着时间的推移，CAN总线因其高效、可靠的特点逐渐被应用于各种工业自动化领域，成为了一种广泛应用的现场总线技术。现场总线技术的发展和应用不仅改变了传统的控制系统架构，还极大地促进了工业自动化水平的提升。 #### 二、CAN总线的技术特点 CAN总线作为一种多主机局域网系统，具有以下几个显著的技术特点： 1. **多主机结构**：CAN总线支持多个设备（节点）作为主机进行数据通信，任意节点都可以在总线空闲时发起通信。 2. **非破坏性的总线仲裁技术**：当多个节点同时向总线发送信息时，会按照信息的标识符进行仲裁，优先级高的信息可抢占优先发送权。 3. **无地址寻址方式**：CAN总线上的消息不是基于特定地址，而是基于消息的标识符进行识别和过滤。 4. **数据传输的灵活性**：CAN总线支持不同的数据帧格式，包括数据帧、远程帧、错误帧和过载帧，能够满足不同应用场景的需求。 #### 三、CAN总线的性能评估 在CAN总线的设计、应用和运行过程中，网络性能的评估显得尤为重要。通常情况下，会通过仿真软件来模拟构造一个现场总线网络，以分析其动态性能，并综合考虑各项性能指标来优化网络性能。然而，数学分析方法往往受限于假设条件，在实际应用中难以直接推广。因此，程序模拟（仿真）成为了工程应用中的重点手段。 1. **性能指标**： - **网络吞吐量**：单位时间内通过总线上某一点的成功发送的比特的平均数（bit/s）。通常采用归一化吞吐量（即网络吞吐量与信道传输速率的比值）来表示。 - **网络负载**：单位时间里可供发送的比特平均数。可分为分析负载（不包括重发信息）和统计负载（包括所有重发信息）。 - **平均传输时延**：单位字节或比特的信息（含重发信息）的平均滞留时间。 2. **成功发送周期时序分析**： - 当只有一个节点发送数据时，成功发送周期包括最大传输时延加上传输时间。 - 在存在竞争的情况下，需要根据优先权比较结果来决定发送站的成功发送周期时序。 #### 四、CAN总线协议 1. **CAN协议的层次模型**： - **物理层**：定义了信号电平、位表达方式、传输媒体等特性。 - **数据链路层**：分为媒体访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC层负责帧组织、总线仲裁、检错、错误报告和错误处理等功能；LLC层为应用层提供了接口。 2. **信息帧格式**： - CAN定义了四种类型的协议帧：数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。 - MAC数据帧规范如下： - **起始位（SOF）**：标志数据帧的开始。 - **仲裁域**：由11位标识符（ID）和远程发送请求位（RTR）组成，ID决定了信息帧的优先权。 - **控制域**：包括保留位（RB1、RB0）和数据域长度代码（DLC），用于数据帧的扩展和数据域长度的指示。 - **数据域**：允许传输的数据字节长度为0~8。 - **CRC域**：采用15位CRC，用于校验数据的完整性。 - **CRC分界符**：CRC的最后一位。 - **应答域**：包括应答位和应答分界符。 - **结束位**：由七位隐性电平组成。 #### 五、总结 CAN总线作为一种成熟的现场总线技术，在汽车电子和工业自动化领域有着广泛的应用前景。通过对CAN总线的深入理解，不仅可以帮助我们更好地利用这项技术，还能进一步推动现场总线技术的发展和完善。未来随着技术的进步，CAN总线将在更多领域发挥重要作用。