CAN總線是什么

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡稱，ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議（ISO 11898），具有實(shí)時性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，廣泛應(yīng)用于汽車電控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

英創(chuàng)主流工控主板ESMARC系列（目前包括4個大型號：ESM6802，ESM6800，ESM335x，ESM928x）均板載兩路CAN總線，用戶可以直接使用板載CAN總線進(jìn)行功能評估使用。英創(chuàng)ESMARC底板上面的CAN部分如下圖：

英創(chuàng)ESMARC開發(fā)評估底板上的CAN電路部分

CAN總線的工作原理

CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以以1Mb/s的速度在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接。CAN控制器通過組成總線的兩條線（CAN-H和CAN-L）的電位差來確定總線的電平。在任一時刻，總線上都有兩種電平：顯性電平和隱性電平。只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。

連接在總線上的所有節(jié)點(diǎn)都能夠發(fā)送信息，如果有超過一個節(jié)點(diǎn)在同一時刻發(fā)送信息，有最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)獲得發(fā)送的資格，所有其它節(jié)點(diǎn)執(zhí)行接收操作。

CAN總線工作原理

當(dāng)CAN總線上的一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)，然后在收到總線分配以后，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，這時網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)對接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測，判斷這些報(bào)文是否發(fā)給自己，以確定是否接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識符是唯一的，不能有兩個節(jié)點(diǎn)發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報(bào)文。

CAN模塊支持以下幀類型：數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，錯誤幀，超載幀，空閑幀。

典型的CAN幀結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)幀：用于各節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)消息，由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。

遠(yuǎn)程幀：用于一個節(jié)點(diǎn)請求其他節(jié)點(diǎn)所擁有的數(shù)據(jù)信息。遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符標(biāo)識了所需數(shù)據(jù)的類型，而被送回的數(shù)據(jù)信息的標(biāo)識符和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符完全一致。數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)在接收到遠(yuǎn)程幀后，根據(jù)遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符判斷所需數(shù)據(jù)信息類型，并在總線空閑時將相應(yīng)數(shù)據(jù)送出。

遠(yuǎn)程幀由6個位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。

錯誤幀：為進(jìn)行錯誤界定，每個CAN控制器均設(shè)有兩個錯誤計(jì)數(shù)器：發(fā)送錯誤計(jì)數(shù)器（TEC）和接收錯誤計(jì)數(shù)器（REC）。CAN總線上的所有節(jié)點(diǎn)，按其錯誤計(jì)數(shù)器數(shù)值情況，可分為3個狀態(tài)：錯誤活動狀態(tài)、錯誤認(rèn)可狀態(tài)和總線關(guān)閉狀態(tài)。

上電復(fù)位后，兩個錯誤計(jì)數(shù)器的數(shù)值都為0，節(jié)點(diǎn)處于錯誤活動狀態(tài)，可正常參與總線通信。檢測到錯誤時，節(jié)點(diǎn)發(fā)送活動錯誤標(biāo)志，當(dāng)錯誤計(jì)數(shù)器任一數(shù)值超過127時，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯誤認(rèn)可狀態(tài)。處于錯誤狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)可以參與總線通信，但出錯后會發(fā)送認(rèn)可錯誤標(biāo)志，并在開始進(jìn)一步發(fā)送數(shù)據(jù)之前等待一段附加時間（暫停發(fā)送場）。當(dāng)發(fā)送錯誤計(jì)數(shù)器和接收計(jì)數(shù)器均小于或等于127時，節(jié)點(diǎn)從錯誤認(rèn)可狀態(tài)再次變?yōu)殄e誤活動狀態(tài)。若發(fā)送錯誤計(jì)數(shù)器數(shù)值超過255，則節(jié)點(diǎn)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)，無法收發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)軟件執(zhí)行操作模式請求命令，并等待128次總線釋放（BusˉFree）序列（11位連續(xù)隱性位）后，節(jié)點(diǎn)從總線脫離狀態(tài)重新回到錯誤活動狀態(tài)。

錯誤幀由兩個不同的位場組成，第一個場由來自不同的節(jié)點(diǎn)的錯誤標(biāo)志疊加而成，第二個場為錯誤界定符。

超載幀：超載幀由超載標(biāo)志和超載界定符組成。超載標(biāo)志由6個顯性位組成，其格式與活動錯誤標(biāo)志相同。超載界定符由8個隱性位組成，其格式與錯誤界定符相同。導(dǎo)致發(fā)送超載幀的兩個條件為：

（1）一個接收節(jié)點(diǎn)內(nèi)部接收條件未準(zhǔn)備好，要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀發(fā)送；

（2）在間歇場（3位）檢測到顯性位。

當(dāng)超載標(biāo)志發(fā)出后，每個節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線狀態(tài)，直至檢測到從顯性至隱性位的跳變，此時，所有的節(jié)點(diǎn)均己完成了超載標(biāo)志的發(fā)送，隨后所有節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送8個隱性位組成的超載界定符。

空閑幀：數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程幀與前幀消息之間的間隔被稱為空閑幀的場隔開，空閑幀由間歇場和總線空閑場組成，前面已經(jīng)發(fā)送過報(bào)文的錯誤節(jié)點(diǎn)還包括暫停發(fā)送場。間歇場由3個隱性位組成，在此期間，CAN節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行幀發(fā)送。間歇場的存在使CAN控制器在下次消息發(fā)送前有時間進(jìn)行內(nèi)部處理操作。總線空閑場可以為任意長度，此時總線處于空閑狀態(tài)，允許任何節(jié)點(diǎn)開始報(bào)文發(fā)送。等待報(bào)文發(fā)送的節(jié)點(diǎn)緊隨間歇場后啟動報(bào)文發(fā)送，即在空閑場第一位期間就啟動報(bào)文發(fā)送。

錯誤認(rèn)可節(jié)點(diǎn)完成一個報(bào)文發(fā)送后，在開始另一次報(bào)文發(fā)送或進(jìn)入總線空閑狀態(tài)之前，緊隨間歇場發(fā)送8個隱性位的暫停發(fā)送場。發(fā)送暫停發(fā)送場期間，若其他節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送報(bào)文，則本節(jié)點(diǎn)停止送出暫停發(fā)送場，并變?yōu)閳?bào)文接收器。

CAN總線電路特點(diǎn)

下圖是一個典型的CAN總線擴(kuò)展電路（英創(chuàng)ETA704 CAN總線擴(kuò)展模塊）：

典型的CAN接口電路

由圖中可以看出，CAN總線收發(fā)管腳通過磁耦器件ADuM1201隔離后，和CAN驅(qū)動芯片TJA1050連接，就組成了一個典型的CAN總線通訊電路。帶隔離CAN總線通訊模塊的CAN收發(fā)器端的所有信號和電源與其它部分完全隔離，有效保護(hù)了電路的安全。需要注意的是如果扁平帶線過長，會影響高速信號的完整性，所以在評估時使用的連接線盡量短一些，避免出現(xiàn)問題。

CAN總線在英創(chuàng)主板平臺上的應(yīng)用

英創(chuàng)EM335x工控主板套件 + ETA704 CAN擴(kuò)展模塊擴(kuò)展4路CAN

英創(chuàng)主板可以通過主板自帶和外擴(kuò)功能模塊，支持和管理多路CAN通信。英創(chuàng)工控主板作為核心控制平臺，管理和控制CAN接口與下位設(shè)備進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)處理監(jiān)控等應(yīng)用。歷年來，大量用戶使用英創(chuàng)主板進(jìn)行CAN通信相關(guān)應(yīng)用，英創(chuàng)也累積了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。下面整理出了英創(chuàng)網(wǎng)站發(fā)表的相關(guān)技術(shù)文檔供用戶參考。雖然有一些方案文檔中提到的英創(chuàng)主板是較老的型號，用戶在新產(chǎn)品開發(fā)的時候未必會使用這些老主板產(chǎn)品，但是文中的軟硬件使用技巧、編程技巧和方法等技術(shù)細(xì)節(jié)，是值得用戶參考或者直接使用的。

應(yīng)用方案

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