什麼是CAN（控制器區域網）

控制器區域網 （Controller Area Network，簡稱CAN或者CAN bus） 是一種功能豐富的車用匯流排標準。被設計用於在不需要主機（Host）的情況下，允許網路上的微控制器和儀器相互通訊。 它基於訊息傳遞協議，設計之初在車輛上採用複用通訊線纜，以降低銅線使用量，後來也被其他行業所使用。CAN建立在基於資訊導向傳輸協定的廣播機制（Broadcast Communication Mechanism）上。其根據資訊的內容，利用資訊標誌符（Message Identifier，每個標誌符在整個網路中獨一無二）來定義內容和訊息的優先順序進行傳遞，而並非指派特定站點地址（Station Address）的方式。因此，CAN擁有了良好的彈性調整能力，可以在現有網路中增加節點而不用在軟、硬體上做出調整。除此之外，訊息的傳遞不基於特殊種類的節點，增加了升級網路的便利性。

優勢及特點

特點：

1。CAN是一個用於連線電子控制單元（ECU）的多主機序列匯流排標準。電子控制單元有時也被稱作節點。CAN網路上需要至少兩個節點才可進行通訊。節點的複雜程度可以只是簡單的輸入輸出裝置，也可以是包含有CAN互動器並搭載了軟體的嵌入式元件。所有節點透過兩根平行的匯流排連線在一起。兩條電線組成一條雙絞線，並且接有120Ω的特性抗。

2。資料通訊沒有主從之分，任意一個節點可以向任何其他（一個或多個）節點發起資料通訊，靠各個節點資訊優先順序先後順序來決定通訊次序。

3。多個節點同時發起通訊時，優先順序低的避讓優先順序高的，不會對通訊線路造成擁塞。

4。通訊距離最遠可達10KM（速率低於5Kbps）速率可達到1Mbps（通訊距離小於40M）。

5。CAN匯流排傳輸介質可以是雙絞線，同軸電纜，CAN匯流排適用於大資料量短距離通訊或者長距離小資料量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節點平等的現場中使用。

優勢：

1。可在各節點之間實現自由通訊：CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通訊資料塊進行編碼。採用這種方法的優點可使網路內的節點個數在理論上不受限制，資料塊的識別符號可由11位或29位二進位制陣列成，因此可以定義2或2個以上不同的資料塊，這種按資料塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的資料，這一點在分散式控制系統中非常有用。

2。結構簡單：只有2根線與外部相連，並且內部集成了錯誤探測和管理模組。

3。資料糾錯：採用雙線序列通訊方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作，每幀資料都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了資料傳輸的高可靠性，適於在高干擾環境下使用。

4。完成對通訊資料的成幀處理：CAN匯流排通訊介面中集成了CAN協議的物理層和資料鏈路層功能，可完成對通訊資料的成幀處理，包括位填充、資料塊編碼、迴圈冗餘檢驗、優先順序判別等項工作。

5。節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉匯流排的功能，切斷它與匯流排的聯絡，以使總線上其他操作不受影響，可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接受資料。

CAN匯流排的資料格式與基本工作原理

資料格式：

1。CAN-bus通訊幀共分為資料幀、遠端幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。

2。資料幀：結構上由7個段組成，其中根據仲裁段ID碼長度的不同，分為標準幀（CAN2。0A）和擴充套件幀（CAN2。0B）結構上由7個段組成，其中根據仲裁段ID碼長度的不同，分為標準幀（CAN2。0A）和擴充套件幀（CAN2。0B）。標準幀為11位，擴充套件幀為29位。這也是我們在使用中接觸最多的格式。

3。遠端幀：與資料幀相比沒有資料段，結構上由7個段組成。當你需要總線上的一個節點向你傳送資料，使用次節點的ID，傳送一幀遠端幀。

4。錯誤幀：雖然CAN匯流排是可靠性很高的匯流排，但是依然會出錯：CAN總線上會出現5種錯誤。

5。過載幀和幀間隔：過載幀：當某個節點沒有做好接收下幀資料將傳送過載幀通知節點。幀間隔：只存在於資料幀與遠端幀之間，用於幀之間的分離。

基本工作原理：

跟其他匯流排一樣，CAN匯流排的通訊也是透過一種類似於“會議” 的機制實現的，只不過會議的過程並不是由一方（節點）主導，而 是，每一個會議參加人員都可以自由的提出會議議題（多主通訊模式），二者對應關係如下：

仲裁與優先順序

假設節點A、B和C都發送相同格式相同型別的幀，如標準格式資料幀，它們競爭匯流排的過程是

結論：從該分析過程得出結論是：幀ID值越小，優先順序越高，對於同為擴充套件格式資料幀、標準格式遠端幀和擴充套件格式遠端幀的情況同理。

CAN總線上的電平

CAN2.0A/B標準規定:匯流排空閒：

CAN_H和CAN_L上的電壓為2。5V

傳輸資料

： 顯性電平（邏輯 0）：CAN_H 3。5V，CAN_L 1。5V

隱性電平（邏輯 1）：CAN_H 2。5V，CAN_L 2。5V

CAN收發器：

照BOSCH CAN匯流排標準將0或1邏輯訊號轉換為標準中規定的電平，同時有反饋功能。

CAN匯流排的硬體抗干擾：

（1）在電路中增加共模電感。

（2）使用更高精度的電阻。

注意：並不是每個節點都需要增加電阻，只需要在匯流排相聚最遠的兩個節點使用電阻即可。

電阻也不是固定的120歐姆，根據導線的材質有關。

CAN匯流排負載率計算

計算例子：

假設CAN匯流排波特率為250Kbit/s，匯流排報文傳送時間間隔為10ms， 報文為資料幀（8個位元組資料），那麼10ms內匯流排能夠支援的最大報文數量為多少？

第一步：根據通訊波特率計算10ms總共可以傳送多少bit （250000/1000）*10 = 2500bit

第二步：計算最長的一幀報文有多少個bit

1sof + 29id + 1ide + 1rtr + 1srr + 2r + 4dlc + 8*8data

+ 16crc + 2ack + 7eof = 128bit

第三步：計算10ms內可以支援的報文數目

2500/128 19

結論:

由上面的計算可知，當10ms間隔的報文數量超過19條時，就會出現丟幀，匯流排飽和。計算報文數量也是設計CAN網路所要考慮的，可以查閱相關文獻看負載率在多少時合適！