一、CAN總線的概述
CAN,全稱為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。一個由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN,進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
二、CAN總線的分層結(jié)構(gòu)
CAN遵從OSI模型，按照OSI基準(zhǔn)模型，CAN結(jié)構(gòu)劃分為兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如下圖所示
1.按照IEEE 802.2和802.3 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層又劃分為：
1)邏輯鏈路控制(LLC-Logic link Control)。
2)媒體訪問控制(MAC-Medium Access Control)。
2.物理層又劃分為：
1)物理信令(PLS-Physical Signalling)。
2)物理媒體附屬裝置(PMA-Physical Medium Attachment)。
3)媒體相關(guān)接口(MDI-Medium Dependent Interface)。
MAC子層運(yùn)行借助稱之為“故障界定實(shí)體(FCE)”的管理實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控。故障界定是使判別短暫干擾和永久性故障成為可能的一種自檢機(jī)制。物理層可借助檢測和管理物理媒體故障實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控(例如總線短路或中斷，總線故障管理)。LLC和MAC兩個同等的協(xié)議實(shí)體通過交換幀或協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU-Protocol Data Unit)和(N)-用戶數(shù)據(jù)組成，為傳送一個NPDU,(N-1)層實(shí)體必須通過(N-1)服務(wù)訪問點(diǎn)(SAP-Service Access Point)[(N-1)-SAP].NPDU借助于(N-1)層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU-Service Data U nit)[(N-1)-SDU]傳至(N-1)層，其服務(wù)功能允許NPDU的傳送。SDU是接口數(shù)據(jù)，對其識別預(yù)先在(N)層實(shí)體間進(jìn)行，亦即，它表示邏輯數(shù)據(jù)單元由服務(wù)進(jìn)行傳送。CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈層既不提供分配一個SDU至多個PDU,也不提供分配多個SDU至一個PDU的方法，亦即，NPDU直接由相應(yīng)的NSDU和層指定控制信息N-PCI構(gòu)成。
三、CAN總線的原理介紹
當(dāng)CAN總線上的一個節(jié)點(diǎn)(站)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)。對每個節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對其進(jìn)行接收。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，不可能有兩個站發(fā)送具有相同標(biāo)識符的報(bào)文。當(dāng)幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。當(dāng)一個站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài);當(dāng)它收到總線分配時， 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)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的站對接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。
