CAN入门，很好的can学习资料

### CAN入门知识点详解 #### 一、概览与定义 **CAN**，即**Controller Area Network**（控制器局域网络），是一种高效的串行通信协议，主要用于实时应用领域，特别是汽车电子系统中。它由博世公司在1986年开发，并在后续的发展中通过ISO 11898及ISO 11519标准化。CAN协议的设计目标是减少车辆内部线束数量的同时，支持大量的数据传输需求。 #### 二、CAN的应用背景与目的 随着汽车电子技术的发展，汽车中集成了越来越多的电子控制系统。为了满足这些系统之间的通信需求，以及提高安全性和降低成本的目标，CAN应运而生。CAN的主要优点包括： - **高可靠性**：能够确保在恶劣环境中稳定通信。 - **高灵活性**：支持不同类型的电子控制系统间的通信。 - **高效率**：通过优化的协议设计，提高通信速度和数据吞吐量。 - **易于维护**：简化布线，降低故障排查难度。 #### 三、CAN的架构与工作原理 ##### 3.1 CAN的应用示例 CAN的应用范围非常广泛，不仅限于汽车行业，还包括工业自动化、船舶、医疗设备等多个领域。例如，在汽车行业中，CAN可以用于： - **气候控制系统**：管理车内温度、湿度等环境因素。 - **发动机管理系统**：监测和控制发动机的各项参数。 - **座椅调节系统**：支持座椅的位置调整和记忆功能。 - **门窗控制系统**：包括车窗升降、门锁等功能。 - **灯光控制系统**：控制前后灯、指示灯等工作状态。 - **多媒体系统**：如音响、导航等娱乐信息系统。 ##### 3.2 总线拓扑结构 CAN总线通常采用**双绞线**连接方式，形成**星型**或**总线型**网络结构。每个节点都可通过两条独立的线路连接到总线上，以增强系统的冗余度和稳定性。 #### 四、CAN的特点 - **广播式通信**：所有节点都能接收到发送的数据，但只有目标节点才会处理。 - **无地址绑定**：数据帧中不包含接收者地址，而是根据标识符来确定目标节点。 - **动态优先级分配**：通过仲裁机制动态分配数据帧的优先级，确保关键信息能够优先传输。 - **错误检测与校正**：内置错误检测机制，能够在数据传输过程中发现并纠正错误。 - **高鲁棒性**：即使在网络中存在故障节点，整个系统也能继续运行。 #### 五、错误处理机制 CAN协议中定义了几种错误状态，包括**总线空闲**、**总线监听**、**总线主动**和**总线错误**。每种状态对应不同的错误处理策略，以确保网络的稳定运行。 - **错误状态的种类**：包括位错误、填充错误、格式错误和CRC错误等多种类型。 - **错误计数值**：用于记录错误次数，当达到一定阈值时会触发相应的错误处理动作。 #### 六、CAN协议详解 ##### 6.1 帧的种类 CAN协议定义了四种基本类型的帧：**数据帧**、**远程帧**、**错误帧**和**过载帧**。 - **数据帧**：用于传输数据。 - **远程帧**：请求数据传输。 - **错误帧**：用于报告检测到的错误。 - **过载帧**：表示接收者无法及时处理接收到的数据。 ##### 6.2 数据帧 数据帧包含了标识符、数据字段等部分。标识符决定了帧的优先级，数据字段则用于携带实际的数据负载。 ##### 6.3 远程帧 远程帧与数据帧类似，但其数据字段为空。它的主要作用是请求特定标识符的数据帧。 ##### 6.4 错误帧 当检测到错误时，节点会发送错误帧。错误帧包含了错误标志和错误界定符两部分。 ##### 6.5 过载帧 过载帧由一个过载标志组成，用于表示接收节点暂时无法处理更多的数据帧。 #### 七、CAN协议与标准规格 CAN协议经历了多次标准化过程，其中最重要的是ISO 11898和ISO 11519-2。 - **ISO 11898**：定义了物理层和数据链路层的规范，包括位定时、错误检测和管理等方面。 - **ISO 11519-2**：侧重于定义网络管理方面的内容，如网络配置、节点识别等。 这两种标准虽然有所差异，但在很多方面具有互补性，共同构成了CAN通信的基础。 #### 八、CAN协议深入解析 ##### 8.1 帧的种类与结构 不同类型的帧有着各自独特的结构和用途。 - **数据帧**：用于传输具体的数据内容。 - **远程帧**：用于发起数据请求。 - **错误帧**：用于报告通信过程中出现的错误。 - **过载帧**：用于表明接收者当前无法处理更多的数据。 ##### 8.2 数据帧结构详解 数据帧由多个字段组成，包括帧起始、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、应答字段和帧结束等。 - **帧起始**：标志着一个新帧的开始。 - **仲裁字段**：包含了标识符和RTR（远程传输请求）标志。 - **控制字段**：指示数据长度代码（DLC）和其他控制信息。 - **数据字段**：携带实际的数据负载。 - **CRC字段**：用于错误检测。 - **应答字段**：确认接收成功。 - **帧结束**：标志着一个帧的结束。 ##### 8.3 遥控帧结构详解 远程帧与数据帧类似，但没有数据字段，取而代之的是远程传输请求（RTR）标志。远程帧用于请求特定标识符的数据帧。 ##### 8.4 错误帧结构详解 错误帧用于报告通信过程中检测到的错误，它由一个错误标志和一个错误界定符组成。 ##### 8.5 过载帧结构详解 过载帧用于表明接收者暂时无法处理更多的数据帧，它仅包含一个过载标志。 ##### 8.6 帧间隔 帧间隔用于确保帧之间的最小时间间隔，以避免数据冲突。 ##### 8.7 优先级的决定 CAN协议通过仲裁机制决定帧的优先级。优先级由标识符确定，较短的标识符优先级更高。 ##### 8.8 位填充 位填充是一种用于保持数据传输同步的技术，当连续出现5个相同的比特位时，会插入一个相反的比特位。 ##### 8.9 错误的种类 CAN协议定义了多种错误类型，包括位错误、填充错误、格式错误和CRC错误等。 ##### 8.10 错误帧的输出 当检测到错误时，节点会发送错误帧以通知其他节点错误的发生。 ##### 8.11 位时序 位时序是指在位级别上数据传输的时间安排，包括传播段、同步段、相位段1和相位段2。 ##### 8.12 取得同步的方法 CAN协议提供了多种方法来保持通信的同步，包括硬件同步和软件同步。 ##### 8.13 硬件同步 硬件同步是通过硬件电路实现的，用于确保数据位之间的正确对齐。 ##### 8.14 再同步 再同步是在检测到位错误时，通过调整采样点来恢复位同步的一种机制。 ##### 8.15 调整同步的规则 调整同步的规则定义了如何在发生错误时调整位定时参数，以恢复正确的位同步。 #### 九、总结 CAN作为一种成熟的串行通信协议，在汽车和其他实时系统中发挥着重要作用。通过对CAN协议及其标准的深入了解，我们可以更好地利用这一技术解决实际问题。无论是从硬件设计还是软件编程的角度，掌握CAN的基本原理都是非常重要的。