汽車CAN匯流排基礎介紹

1、 什麼是CAN?

CAN是Controller Area Network縮寫，中文名稱控制器區域網絡。從名稱就可以看出來，CAN是一種控制器之間通訊的現場匯流排。CAN匯流排最早應用於汽車工業，由德國BOSCH提出。由於消費者對汽車功能需求的不斷增加，汽車中電子器件不斷增加，造成各控制器之間通訊信號接線方式複雜，因此設計了一個單一的網路匯流排，整車的所有控制器都可以掛在這個網路上。

2、 CAN匯流排物理層

下圖為比較典型的網路拓撲

CAN匯流排的物理層傳輸介質可以為雙絞線、光纖、同軸電纜等。主機廠一般使用雙絞線，在雙絞線上傳輸的信號形式為差分信號，差分信號即大小相等跳變方向相反的信號。差分信號的主要優點為傳輸穩定，抗干擾能力強。因為兩條信號線一同走線，干擾一般會同時等值的加到兩條線上，到了接收端進行差分運算時就可以消除干擾影響。

雙絞線的一般要求：

A、 阻抗：120Ω，5ns/m延時；

B、 絞距：1m 33絞至50絞；

C、 線經：0.35mm2至0.5mm2

與光從一種介質進入另一種介質會發生反射類似，對於高頻信號，當阻抗不連續時，會引發信號的反射，反射波會干擾原信號，為了消除這種反射會在網路的終端增加一顆與線束阻抗相同的電阻，另因為信號的傳遞是雙向的，因此在另一端也需增加電阻。終端電阻阻值一般選用120Ω。

3、CAN匯流排工作原理

CAN匯流排的兩條信號線分別為CAN_H及CAN_L。匯流排當傳輸數據時，隱性電平（邏輯1）CAN_H及CAN_L電壓均為2.5V，電壓差為0V；顯性電平（邏輯0）CAN_H為3.5V，CAN_L為1.5V，電壓差為2V；

0和1的不同組合就組成了CAN匯流排中的一條條報文，對於報文幀的格式主要有兩種：標準幀與數據幀，兩種形式之間的區別如下圖所示：標準幀的仲裁域有11位，擴展幀的仲裁域有29位。擴展幀能夠擴展更多節點，與標準幀主要區別是ID的數據。擴展幀主要應用於卡車、工程車、商務車，乘用車一般使用標準幀。

對於CAN匯流排上的各個節點，都是可以向網路上發送報文的，但如果所有節點同時向匯流排發送報文，就會造成匯流排混亂。因此CAN匯流排採用了一種類似「會議」的機制，當兩個人同時準備發言的時候，需要先進行比較，優先順序高的先說話，優先順序低的等會再說。確保在同一個時間段只有一個節點發送報文，其他節點根據需要選擇性接收報文。關係如下：

比較報文「優先順序」高低使用的就是每幀報文中仲裁場的ID，對於CAN匯流排上的節點ID都是唯一的，當進行比較是同一位邏輯0高於邏輯1，兩個節點從第一位開始對ID進行比較，第一位相同比較下一位，第一位不同邏輯0的節點勝出開始發送報文，仲裁失敗的節點暫停發送報文，等待下一次的匯流排空閑重新發送，以此類推。

4、對於匯流排傳輸速率的思考

CAN匯流排傳輸速率與匯流排長度有關，越長最大傳輸速率越低。當匯流排長度為40m時，最大傳輸速率為1Mbit/s；匯流排長度為1Km時，最大傳輸速率為50Kbit/s。

CAN匯流排採用應答機制，一個節點的一幀報文在接近發送完成的時候會有個應答場（ACK場），ACK場由兩位邏輯1組成，在ACK場的ACK區域，收到此條報文的節點會在此時發送邏輯0，邏輯0（顯性電平）會覆蓋邏輯1（隱形電平），發送節點檢測到邏輯0就知道已經發送成功。

數據在雙絞線上傳輸存在延時，延遲時間為5ns/m（典型值，上文中有提到）。當匯流排長度為40m，延遲時間40m*5ns/m=200ns，因為信號傳輸是雙向的，發送節點發送信號，接收節點接收到之後發送邏輯0給發送節點，因此線的延時時間為400ns，同時考慮到信號在ECU內部處理存在延時，各ECU晶振的頻率存在差異，會造延遲時間＞400ns。延遲的時間就限制了CAN匯流排的傳輸速率，匯流排的長度越長，傳輸速率越低。

5、報文的發送類形

對於報文的發送類型，一般常用的有：周期型、事件型、混合型

周期型：節點報文按照一定周期發送，當事件變化觸發其狀態信號變化，發送報文內容發生變化。例如：ECU狀態信號

事件性：當某一事件觸發，會連續發送1幀或多幀報文。例如：開關信號

混合型：當某一事件觸發，其周期發生變化。

6、路由形式

對於同一條CAN網路上的ECU可以彼此接收到對方發出的報文，然而對於不在同一條網路上的ECU，如何實現接收對方發出的報文？這時就需要使用路由實現，路由的方式有兩種基本形式：報文路由、信號路由

報文路由：把一條報文完整的從一條網路傳輸到另一條網路，包括有用的信號和無用的信號。

信號路由：只轉發目標網路需要的信號。

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