一、什么是CAN協(xié)議

　　電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用電子語(yǔ)言來(lái)說(shuō)話(huà)，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語(yǔ)言，這種語(yǔ)言稱(chēng)“協(xié)議”，汽車(chē)電腦網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的傳輸協(xié)議有數(shù)種。寶來(lái)車(chē)裝用博世公司產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線(xiàn)采用CAN協(xié)議，這個(gè)協(xié)議是由福特、Internet與博世公司共同開(kāi)發(fā)的高速汽車(chē)通信協(xié)議。CAN是Controller Area Network（控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）的縮寫(xiě)，意思是控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。

　　二、CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

　　數(shù)據(jù)總線(xiàn)與其他部件組合在一起就成為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：

　　①將傳感器信號(hào)線(xiàn)減至最少，使更多的傳感器信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞。 ②電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間。 ③如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級(jí)即可。 ④各電控單元的監(jiān)測(cè)對(duì)所連接的CAN總線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)故障該電控單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼。

　　⑤CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以便于一輛車(chē)上不同廠家的電控單元間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　三、CAN數(shù)據(jù)格式

　　1.名詞

　　1）顯性和隱性

　　顯性-0 隱性-1（diff=0）

　　2）數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀、幀間隔

　　數(shù)據(jù)幀：用于發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的幀

　　遠(yuǎn)程幀：用于接收節(jié)點(diǎn)向具有相同ID的發(fā)送節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀

　　錯(cuò)誤幀：用于當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其他節(jié)點(diǎn)通知錯(cuò)誤的幀

　　過(guò)載幀：用于接收節(jié)點(diǎn)通知其尚未做好接受準(zhǔn)備的幀

　　幀間隔：用于將數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離開(kāi)來(lái)的幀

　　3）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求

　　通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，一個(gè)需要數(shù)據(jù)的的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，稱(chēng)為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀具有相同的標(biāo)識(shí)符。

　　2.CAN標(biāo)準(zhǔn)幀與CAN擴(kuò)展幀格式

　　數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀都可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀格式或者擴(kuò)展幀格式。

　　RTR：遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位，數(shù)據(jù)幀中為顯性，遠(yuǎn)程幀中為隱性。

　　SRR：替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（在擴(kuò)展格式中在RTR位置，所以得此名），隱性位。此位可判斷出標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀。

　　IDE：標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位，標(biāo)準(zhǔn)幀-顯性，擴(kuò)展幀-隱性，表示該幀為標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。

　　R1、R0：保留位。

　　DLC：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼，如下圖所示，包括下圖中的DLC3、DLC2、DLC1、DLC0：

　　CRC段：由CAN控制器自動(dòng)填充。

　　CRC分隔符：隱性位。

　　ACK段：2位，由CAN控制器自動(dòng)填充。包括應(yīng)答位和應(yīng)答界定位。應(yīng)答界定位緊鄰幀結(jié)束。在應(yīng)答域中，發(fā)送器發(fā)出兩個(gè)隱性位，當(dāng)接收器正確的接收到有效的報(bào)文，該接收器就會(huì)在應(yīng)答位期間，用一顯性位填充應(yīng)答位作為回應(yīng)，而應(yīng)答界定位一直保持為隱性。

　　幀結(jié)束：由7個(gè)隱性位組成，由CAN控制器自動(dòng)填充。兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線(xiàn)上

　　3.數(shù)據(jù)幀

　　SOF幀開(kāi)始：數(shù)據(jù)幀開(kāi)始的段

　　仲裁段：該幀優(yōu)先級(jí)的段

　　控制段：數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)以及保留位的段

　　數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，0~8個(gè)字節(jié)

　　CRC段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段

　　ACK段：確認(rèn)正常接收的段

　　幀結(jié)束：數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段

　　4.遠(yuǎn)程幀

　　通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為數(shù)據(jù)接收器的節(jié)點(diǎn)可以發(fā)起各自數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，即向數(shù)據(jù)發(fā)送器請(qǐng)求發(fā)送具有相同ID的數(shù)據(jù)幀。

　　遠(yuǎn)程幀由幀起始、仲裁段、控制段、CRC段、ACK段和幀結(jié)束組成。

　　遠(yuǎn)程幀沒(méi)有數(shù)據(jù)段。

　　5.錯(cuò)誤幀

　　出錯(cuò)標(biāo)志有兩種：主動(dòng)（積極）錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)（消極）錯(cuò)誤標(biāo)志。

　　主動(dòng)（積極）錯(cuò)誤標(biāo)志：6個(gè)連續(xù)的顯行位組成。

　　被動(dòng)（消極）錯(cuò)誤標(biāo)志：6個(gè)連續(xù)的隱性位組成，有可能被其他節(jié)點(diǎn)的顯行位覆蓋。

　　一個(gè)錯(cuò)誤積極節(jié)點(diǎn)如果檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤條件，會(huì)發(fā)送一個(gè)積極錯(cuò)誤標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識(shí)。這一錯(cuò)誤標(biāo)志違反了正常的位填充規(guī)則（適用于從幀起始到CRC界定符之間的所有場(chǎng)）或破壞了應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束場(chǎng)的固定格式，結(jié)果是引起其他節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到新的錯(cuò)誤條件并各自開(kāi)始發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志，因此，這個(gè)在總線(xiàn)上可被檢測(cè)到的顯性位序列是各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的不同錯(cuò)誤標(biāo)志疊加的結(jié)果。該序列的總長(zhǎng)度在6~12位之間變化。

　　一個(gè)消極錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)如果檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤條件，會(huì)試圖發(fā)送一個(gè)消極錯(cuò)誤標(biāo)志進(jìn)行指示。這個(gè)消極錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)會(huì)一直等待6個(gè)具有相同極性的連續(xù)位，等待從消極錯(cuò)誤標(biāo)志的起始開(kāi)始，當(dāng)檢測(cè)到6個(gè)相同極性的連續(xù)位時(shí)，消極錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)送即完成。

　　錯(cuò)誤界定符由8個(gè)隱性位組成，錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)出以后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)出隱性位，并一直監(jiān)視總線(xiàn)直到檢測(cè)出隱性位，隨后開(kāi)始發(fā)送剩余的7個(gè)隱性位。

　　CAN提供了檢測(cè)下列錯(cuò)誤類(lèi)型機(jī)制：

　　1）應(yīng)答錯(cuò)誤

　　2）填充錯(cuò)誤

　　3）CRC錯(cuò)誤

　　4）格式錯(cuò)誤

　　6.過(guò)載幀

　　存在3中過(guò)載條件，引起過(guò)載標(biāo)志的發(fā)送。

　　1）接收器要求延遲下一次數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的到達(dá)。

　　2）在幀間隔間歇場(chǎng)的第一和第二位檢測(cè)到顯性位。

　　3）如果一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個(gè)顯性位，則節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)過(guò)載幀（而不是錯(cuò)誤幀）。錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器不會(huì)增加。

　　最多可產(chǎn)生2個(gè)過(guò)載幀來(lái)延遲下一數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。

　　過(guò)載標(biāo)志由6個(gè)顯性位組成，其全部形式與積極錯(cuò)誤標(biāo)志一樣。過(guò)載標(biāo)志破壞了幀間隔間歇場(chǎng)的固定形式，結(jié)果其他節(jié)點(diǎn)也檢測(cè)到一個(gè)過(guò)載條件，并各自開(kāi)始發(fā)送過(guò)載幀。如果在幀間隔間歇場(chǎng)的第3位期間檢測(cè)到一個(gè)顯性位，則該位將解釋為幀起始。

　　注意：1）CAN總線(xiàn)的錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀怎么發(fā)出，是硬件自己完成，還是要軟件實(shí)現(xiàn)？

　　答： 當(dāng)然是由硬件自動(dòng)發(fā)出，不需要軟件參與。

　　7.幀間隔

　　幀間隔用于分割數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的幀。

　　數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可通過(guò)插入幀間隔將本幀與前面的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀）分開(kāi)。過(guò)載幀和錯(cuò)誤幀之前沒(méi)有幀間隔，多個(gè)過(guò)載幀之間也不是通過(guò)幀間隔分開(kāi)的。

　　幀間隔包括間歇場(chǎng)、總線(xiàn)空閑場(chǎng)以及可能的暫停發(fā)送域。只有剛發(fā)送出去前一報(bào)文的錯(cuò)誤消極節(jié)點(diǎn)才需要暫停發(fā)送場(chǎng)。

　　非錯(cuò)誤消極節(jié)點(diǎn)或者作為前一報(bào)文接收器的節(jié)點(diǎn)的幀間隔如圖。

　　作為前一報(bào)文發(fā)送器的錯(cuò)誤消極節(jié)點(diǎn)的幀間隔如圖。

　　間歇場(chǎng)包括3個(gè)隱性位。間歇場(chǎng)期間，所有節(jié)點(diǎn)均不允許發(fā)送數(shù)據(jù)幀或者遠(yuǎn)程幀，他唯一的作用是標(biāo)識(shí)一個(gè)過(guò)載條件。

　　注意，如果一個(gè)正準(zhǔn)備發(fā)送報(bào)文的CAN節(jié)點(diǎn)在間歇場(chǎng)的第三位檢測(cè)到一個(gè)顯性位，他將認(rèn)為這是一個(gè)幀的開(kāi)始，并且在下一位時(shí)間，從報(bào)文的標(biāo)識(shí)符的第一位開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，而不再發(fā)送一個(gè)幀起始位，同時(shí)也不會(huì)成為報(bào)文接收器。

　　總線(xiàn)空閑周期為任意長(zhǎng)度。在此期間，總線(xiàn)空閑，任何需要發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)都可以訪問(wèn)總線(xiàn)。

　　一個(gè)因其他報(bào)文正在發(fā)送而被掛起的報(bào)文，將在間歇場(chǎng)后的第一位開(kāi)始發(fā)送。此時(shí)檢測(cè)到的總線(xiàn)上一個(gè)顯性位將被解釋為一個(gè)幀起始。

　　暫停發(fā)送場(chǎng)是指錯(cuò)誤消極節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)報(bào)文以后，在開(kāi)始發(fā)送下一個(gè)報(bào)文或者認(rèn)可總線(xiàn)處于空閑之前，在間歇場(chǎng)后發(fā)出的8個(gè)隱性位。如果在此期間一次由其他節(jié)點(diǎn)引起的傳送開(kāi)始了，則該節(jié)點(diǎn)將成為報(bào)文接收器。

　　四、CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成及過(guò)程

　　（1）CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成

　　CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中每塊電腦的內(nèi)部增加了一個(gè)CAN控制器，一個(gè)CAN收發(fā)器；每塊電腦外部連接了兩條CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在系統(tǒng)中作為終端的兩塊電腦，其內(nèi)部還裝有一個(gè)數(shù)據(jù)傳遞終端（有時(shí)數(shù)據(jù)傳遞終端安裝在電腦外部）。

　　（2）各部件功能

　　①CAN控制器作用是接收控制單元中微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。同時(shí)CAN控制器也接收收發(fā)器收到的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給微處理器。

　　②CAN收發(fā)器 是一個(gè)發(fā)送器和接收器的組合，它將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送出去，同時(shí)，它也接收總線(xiàn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳到CAN控制器。

　　③數(shù)據(jù)傳遞終端 實(shí)際是一個(gè)電阻器，作用是避免數(shù)據(jù)傳輸終了反射回來(lái)，產(chǎn)生反射波而使數(shù)據(jù)遭到破壞。

　　④CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn) 用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)，分為CAN高位（CAN-high）和低位（CAN—low）數(shù)據(jù)線(xiàn)。數(shù)據(jù)沒(méi)有指定接收器，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送給各控制單元，各控制單元接收后進(jìn)行計(jì)算。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，CAN總線(xiàn)采用兩條線(xiàn)纏繞在一起，兩條線(xiàn)上的電位是相反的，如果一條線(xiàn)的電壓是5V，另一條線(xiàn)就是0V，兩條線(xiàn)的電壓和總等于常值。通過(guò)該種辦法，CAN總線(xiàn)得到保護(hù)而免受外界電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)CAN總線(xiàn)向外輻射也保持中性，即無(wú)輻射。

　　（3）數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程

　　例如：發(fā)動(dòng)機(jī)電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦傳來(lái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號(hào)并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。