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CAN(Controller Area Network)即控制器局域網，是一種能夠實現分布式實時控制的串行通信網絡。
想到CAN就要想到德國的Bosch公司，因為CAN就是這個公司開發的(和Intel)CAN有很多優秀的特點，使得它能夠被廣泛的應用。比如：傳輸速度最高到1Mbps，通信距離最遠到10km，無損位仲裁機制，多主結構。
近些年來，CAN控制器價格越來越低，很多MCU也集成了CAN控制器。現在每一輛汽車上都裝有CAN總線。
一個典型的CAN應用場景：
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CAN總線標準
CAN總線標準只規定了物理層和數據鏈路層，需要用戶自定義應用層。不同的CAN標準僅物理層不同。
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將邏輯信號轉換成物理信號(差分電平)，或者將物理信號轉換成邏輯電平。CAN標準有兩個，即IOS11898和IOS11519，兩者差分電平特性不同。
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高低電平幅度低，對應的傳輸速度快;
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*雙絞線共模消除干擾，是因為電平同時變化，電壓差不變。
物理層
CAN有三種接口器件
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多個節點連接，只要有一個為低電平，總線就為低電平，只有所有節點輸出高電平時，才為高電平。所謂"線與"。 CAN總線有5個連續相同位后，就插入一個相反位，產生跳變沿，用于同步。從而消除累積誤差。
和485、232一樣，CAN的傳輸速度與距離成反比。
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CAN總線，終端電阻的接法：
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為什么是120Ω，因為電纜的特性阻抗為120Ω，為了模擬無限遠的傳輸線
數據鏈路層
CAN總線傳輸的是CAN幀，CAN的通信幀分成五種，分別為數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。 數據幀用來節點之間收發數據，是使用最多的幀類型;遠程幀用來接收節點向發送節點接收數據;錯誤幀是某節點發現幀錯誤時用來向其他節點通知的幀;過載幀是接收節點用來向發送節點告知自身接收能力的幀;用于將數據幀、遠程幀與前面幀隔離的幀。 數據幀根據仲裁段長度不同分為標準幀(2.0A)和擴展幀(2.0B)
幀起始
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幀起始由一個顯性位(低電平)組成，發送節點發送幀起始，其他節點同步于幀起始; 幀結束由7個隱形位(高電平)組成。
仲裁段
CAN總線是如何解決多點競爭的問題? 由仲裁段給出答案。 CAN總線控制器在發送數據的同時監控總線電平，如果電平不同，則停止發送并做其他處理。如果該位位于仲裁段，則退出總線競爭;如果位于其他段，則產生錯誤事件。
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幀ID越小，優先級越高。由于數據幀的RTR位為顯性電平，遠程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數據幀優先于遠程幀;由于標準幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱形電平，對于前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優先級比擴展幀高。
控制段
共6位，標準幀的控制段由擴展幀標志位IDE、保留位r0和數據長度代碼DLC組成;擴展幀控制段則由IDE、r1、r0和DLC組成。
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數據段
為0-8字節，短幀結構，實時性好，適合汽車和工控領域;
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CRC段
CRC校驗段由15位CRC值和CRC界定符組成。
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ACK段
當接收節點接收到的幀起始到CRC段都沒錯誤時，它將在ACK段發送一個顯性電平，發送節點發送隱性電平，線與結果為顯性電平。
遠程幀
遠程幀分為6個段，也分為標準幀和擴展幀，且RTR位為1(隱性電平)
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CAN是可靠性很高的總線，但是它也有五種錯誤。CRC錯誤：發送與接收的CRC值不同發生該錯誤;格式錯誤：幀格式不合法發生該錯誤;應答錯誤：發送節點在ACK階段沒有收到應答信息發生該錯誤;位發送錯誤：發送節點在發送信息時發現總線電平與發送電平不符發生該錯誤;位填充錯誤：通信線纜上違反通信規則時發生該錯誤。當發生這五種錯誤之一時，發送節點或接受節點將發送錯誤幀為防止某些節點自身出錯而一直發送錯誤幀，干擾其他節點通信，CAN協議規定了節點的3種狀態及行為
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過載幀
當某節點沒有做好接收的"準備"時，將發送過載幀，以通知發送節點。
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幀間隔
用來隔離數據幀、遠程幀與他們前面的幀，錯誤幀和過載幀前面不加幀間隔。
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構建CAN節點
構建節點，實現相應控制，由底向上分為四個部分：CAN節點電路、CAN控制器驅動、CAN應用層協議、CAN節點應用程序。 雖然不同節點完成的功能不同，但是都有相同的硬件和軟件結構。
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CAN收發器和控制器分別對應CAN的物理層和數據鏈路層，完成CAN報文的收發;功能電路，完成特定的功能，如信號采集或控制外設等;主控制器與應用軟件按照CAN報文格式解析報文，完成相應控制。
CAN硬件驅動是運行在主控制器(如P89V51)上的程序，它主要完成以下工作：基于寄存器的操作，初始化CAN控制器、發送CAN報文、接收CAN報文; 如果直接使用CAN硬件驅動，當更換控制器時，需要修改上層應用程序，移植性差。在應用層和硬件驅動層加入虛擬驅動層，能夠屏蔽不同CAN控制器的差異。 一個CAN節點除了完成通信的功能，還包括一些特定的硬件功能電路，功能電路驅動向下直接控制功能電路，向上為應用層提供控制功能電路函數接口。特定功能包括信號采集、人機顯示等。
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CAN收發器是實現CAN控制器邏輯電平與CAN總線上差分電平的互換。實現CAN收發器的方案有兩種，一是使用CAN收發IC(需要加電源隔離和電氣隔離)，另一種是使用CAN隔離收發模塊。推薦使用第二種。 CAN控制器是CAN的核心元件，它實現了CAN協議中數據鏈路層的全部功能，能夠自動完成CAN協議的解析。CAN控制器一般有兩種，一種是控制器IC(SJA1000)，另一種是集成CAN控制器的MCU(LPC11C00)。 MCU負責實現對功能電路和CAN控制器的控制：在節點啟動時，初始化CAN控制器參數;通過CAN控制器讀取和發送CAN幀;在CAN控制器發生中斷時，處理CAN控制器的中斷異常;根據接收到的數據輸出控制信號;
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接口管理邏輯：解釋MCU指令，尋址CAN控制器中的各功能模塊的寄存器單元，向主控制器提供中斷信息和狀態信息。 發送緩沖區和接收緩沖區能夠存儲CAN總線網絡上的完整信息。 驗收濾波是將存儲的驗證碼與CAN報文識別碼進行比較，跟驗證碼匹配的CAN幀才會存儲到接收緩沖區。 CAN內核實現了數據鏈路的全部協議。
CAN協議應用層概述
CAN總線只提供可靠的傳輸服務，所以節點接收報文時，要通過應用層協議來判斷是誰發來的數據、數據代表了什么含義。常見的CAN應用層協議有：CANOpen、DeviceNet、J1939、iCAN等。 CAN應用層協議驅動是運行在主控制器(如P89V51)上的程序，它按照應用層協議來對CAN報文進行定義、完成CAN報文的解析與拼裝。例如，我們將幀ID用來表示節點地址，當接收到的幀ID與自身節點ID不通過時，就直接丟棄，否則交給上層處理;發送時，將幀ID設置為接收節點的地址。
CAN收發器
SJA1000的輸出模式有很多，使用最多的是正常輸出模式，輸入模式通常不選擇比較器模式，可以增大通信距離，并且減少休眠下的電流。
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收發器按照通信速度分為高速CAN收發器和容錯CAN收發器。 同一網絡中要使用相同的CAN收發器。 CAN連接線上會有很多干擾信號，需要在硬件上添加濾波器和抗干擾電路
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也可以使用CAN隔離收發器(集成濾波器和抗干擾電路)。
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CAN控制器與MCU的連接方式
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SJA1000可被視為外擴RAM，地址寬度8位，最多支持256個寄存器
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#define REG_BASE_ADDR 0xA000 // 寄存器基址unsigned char *SJA_CS_Point = (unsigned char *) REG_BASE_ADDR ;// 寫SJA1000寄存器void WriteSJAReg(unsigned char RegAddr, unsigned char Value) {*(SJA_CS_Point + RegAddr) = Value;return;}// 讀SJA1000寄存器unsigned char ReadSJAReg(unsigned char RegAddr) { return (*(SJA_CS_Point + RegAddr));}
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?將緩存區的數據連續寫入寄存器 ?
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…… for (i=0;i;i++)>{ WriteSJAReg(RegAdr+i,ValueBuf[i]); }…… ?將連續多個寄存器連續讀入緩存區 ?
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……for (i=0;i;i++)> ReadSJAReg(RegAdr+i,ValueBuf[i]); }……?
?頭文件包含方案：
- 每個程序包含用到的頭文件
- 每個程序包含一個公用頭文件，公用頭文件包含所有其他頭文件
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#ifndef __CONFIG_H__ // 防止頭文件被重復包含 #define __CONFIG_H__ #include <8051.h> // 包含80C51寄存器定義頭文件 #include "SJA1000REG.h" // 包含SJA1000寄存器定義頭文件 // 定義取字節運算 #define LOW_BYTE(x) (unsigned char)(x) #define HIGH_BYTE(x) (unsigned char)((unsigned int)(x) >> 8) // 定義振蕩器時鐘和處理器時鐘頻率（用戶可以根據實際情況作出調整） #define OSCCLK 11059200UL // 宏定義MCU的時鐘頻率 #define CPUCLK (OSCCLK / 12) #endif // __CONFIG_H__ ?SJA1000上電后處于復位狀態，必須初始化后才能工作。（1）置位模式寄存器Bit0位進入復位模式；（2）設置時鐘分頻寄存器選擇時鐘頻率、CAN模式；（3）設置驗收濾波，設定驗證碼和屏蔽碼；（4）設置總線定時器寄存器0、1設定CAN波特率；（5）設置輸出模式；（6）清零模式寄存器Bit0位退出復位模式；??
模式寄存器
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只檢測模式：SJA1000發送CAN幀時不檢查應答位;只聽模式：此模式下SJA1000不會發送錯誤幀，用于自動檢測波特率;SJA1000以不同的波特率接收CAN幀，當收到CAN幀時，表明當前波特率與總線波特率相同。
波特率設置
CAN總線無時鐘，使用異步串行傳輸;波特率是1秒發送的數據位;
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CAN幀發送：
發送CAN幀的步驟：1.檢測狀態寄存器，等待發送緩沖區可用;2.填充報文到發送緩沖區;3.啟動發送。
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SJA1000具有一個12字節的緩沖區，要發送的報文可以通過寄存器16-28寫入，也可通過寄存器96-108寫入或讀出
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設置發送模式
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char SetSJASendCmd(unsigned char cmd) {unsigned char ret;switch (cmd) {default:case 0: ret = SetBitMask(REG_CAN_CMR, TR_BIT); //正常發送break;case 1: ret = SetBitMask(REG_CAN_CMR, TR_BIT|AT_BIT); //單次發送break;case 2: ret = SetBitMask(REG_CAN_CMR, TR_BIT|SRR_BIT);//自收自發break;case 0xff: ret = SetBitMask(REG_CAN_CMR, AT_BIT);//終止發送break; }return ret;}
??發送函數 ?
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unsigned char SJA_CAN_Filter[8] = { // 定義驗收濾波器的參數，接收所有幀 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // ACR0~ACR3 0xff, 0xff, 0xff, 0xff // AMR0~AMR3 }; unsigned char STD_SEND_BUFFER[11] = { // CAN 發送報文緩沖區 0x08, // 幀信息，標準數據幀，數據長度 = 8 0xEA, 0x60, // 幀ID = 0x753 0x55, 0x55, 0x55, 0x55, 0xaa, 0xaa, 0xaa, 0xaa // 幀數據 }; void main(void) // 主函數，程序入口{ timerInit();// 初始化 D1 = 0; SJA1000_RST = 1; // 硬件復位SJA1000 timerDelay(50); // 延時500ms SJA1000_RST = 0; SJA1000_Init(0x00, 0x14, SJA_CAN_Filter); // 初始化SJA1000，設置波特率為1Mbps // 無限循環，main()函數不允許返回 for(;;) { SJASendData(STD_SEND_BUFFER, 0x0); timerDelay(100); // 延時1000ms } } ?為什么幀ID是0x753，這與CAN幀在緩沖區的存儲格式有關。
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終端電阻非常重要，當波特率較高而且沒加終端電阻時，信號過沖非常嚴重。
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SJA1000有64個字節的接收緩沖區(FIFO)，這可以降低對MCU的要求。MCU可以通過查詢或中斷的方式確定SJA1000接收到報文后讀取報文。
審核編輯：湯梓紅
工商網監
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