CAN协议

高可靠性和良好的错误检测能力

物理层

​ 异步通讯，仅有CAN_High和CAN_Low两条信号线

闭环总线网络

高速、短距离的闭环网络，最大总线长度40m，最高通信速度1Mbps，总线两端要求各要求有120欧的电阻

开环总线网络

低速、远距离的开环网络，最大传输距离1km，最高通信速度125kbps，每根总线要求各串联一个2.2千欧的电阻

通讯节点

只要CAN总线的负载足够，网络中的节点理论上不受限制，可通过中继器增强负载
​ CAN收发器实现CAN控制器TTL电平信号和差分信号的相互转换

差分信号

​
通过两根信号线的电压差值表示逻辑0和逻辑1
​ 差分信号传输优点：抗干扰能力强，有效抑制对外部的电磁干扰，时序定位精确(差分信号的开关变化位于两个信号的交点)

CAN协议差分信号

​ CAN协议标准表示的信号逻辑

​ CAN的差分信号(高速)

协议层

波特率及同步

位时序分解

​ CAN位时序分解图，每一个数据位分解为SS段、PTS段、PBS1段、PBS2段，分解后的最小时间单位是Tq，一个完整的位由8~25个Tq组成

• SS段(SYNC SEG)
  同步段，通信节点检测到总线上信号的跳边沿被包含在SS端的范围之内，表示节点与总线的时序是同步的，大小固定为1Tq
• PTS段(PROP SEG)
  传播时间段，用于补偿网络的物理延时时间，总线上输入比较器延时和输出驱动延时总和的两倍，大小为1~8Tq
• PBS1段(PHASE SEG1)
  相位缓冲段，用来补偿边沿阶段的误差，在重新同步时可以加长
• PBS2段(PHASE SEG2)
  另一个相位缓冲段，也用来补偿边沿阶段的误差，在重新同步时可以缩短

通讯波特率

​ 约定1个Tq的时间长度和每一个数据位占据多少个Tq，可确定CAN通讯的波特率

同步过程分析

(1) 硬同步

节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的SS段范围，节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的SS段平移至总线出现下降沿的部分
(2) 重新同步
利用普通数据位的高至低电平的跳变沿来同步，使用SS段进行检测，使节点内的SS段把跳变沿包含起来
相位超前重新同步：节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前2Tq，控制器在下一个位时序中的PBS1段增加2Tq的时间长度，使得节点与总线时序重新同步

​ 相位滞后重新同步：节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对滞后2Tq，控制器在前一个位时序中的PBS2段减少2Tq的时间长度

报文种类及结构

报文的种类

数据帧结构

• 帧起始
  ​ SOF段(Start Of Frame)，只有一个数据位，一个显性电平，用于通知各个节点将有数据传输，其它节点通过帧起始信号的电平跳变沿进行硬同步
• 仲裁段
  ​ 仲裁段的内容主要为本数据帧的ID信息(标识符)，标准格式的ID为11位，扩展格式的ID为29位
  ​ 报文的优先级通过对ID的仲裁来确定，总线上同时出现显性电平和隐性电平，总线的状态会被置为显 性电平
  ​ 两个节点同时竞争CAN总线的占有权，当它们发送报文时，首先出现隐性电平，会失去对总线的占有权，进入接收状态

所有连接到CAN总线的节点都会收到所有其它节点发出的有效数据
RTR，远程传输请求位，区分数据帧和遥控帧，显性电平表示数据帧，隐性电平表示遥控帧
IDE，标识符扩展位，区分标准格式和扩展格式，显性电平表示标准格式，隐性电平表示扩展格式
SRR，仅存在扩展格式，用于替代标准格式的RTR位，隐性位

• 控制段
  r0和r1为保留位，默认设置为显性位，数据长度码(DLC段)由4个数据位组成，用于表明报文中的数据段的字节数(0~8)

• 数据段
  数据帧的核心内容，节点发送的原始信息，0~8个字节，MSB先行

• CRC段
  ​ 15位CRC校验码，由CAN控制器硬件完成，由软件控制最大重发数

• ACK段

  ​ 包括1个ACK槽位和1个ACK界定符；发送节点发送的ACK槽位是隐性位，接收节点在这一位发送显性位应答；ACK槽位和帧结束之间由ACK界定符间隔