SoC芯片的CAN总线基础知识详解(一）

CAN总线（Controller Area Network）是一种用于车辆、工业自动化和其他领域的高可靠性、实时性强的串行通信协议。它允许多个微控制器和设备在没有主机计算机的情况下相互通信。

CAN总线最初由德国BOSCH公司在1980年代初期为汽车内部通信而开发。1993年，ISO发布了CAN总线标准（ISO 11898），包括数据链路层协议和物理层协议。

ISO 11898-1：定义数据链路层协议。

ISO 11898-2：定义高速CAN总线物理层协议，最高数据传输速率为1Mbps。推荐使用线形拓扑，适用于实时性要求高的场合。

ISO 11898-3：定义低速CAN总线物理层协议，数据传输速率在40Kbps到125Kbps之间。也称为容错CAN，能够在一根信号线失效时继续通信，适用于实时性要求较低的场合。

CAN总线特点：

多主控制：CAN总线支持多个主设备同时存在于网络上，没有主从之分，设备根据消息的优先级进行通信。

差分信号：使用两根线（CAN_H和CAN_L）传输差分信号，提高了抗电磁干扰的能力。

非破坏性仲裁：在消息传输过程中，如果发生冲突，优先级高的消息将被传输，低优先级的消息将等待重传。

错误检测与处理：具有强大的错误检测和处理能力，包括CRC校验、位错误检查等。

灵活的拓扑结构：支持多种网络拓扑结构，如线形、星形、树形和环形。

在CAN总线上，逻辑“0”和“1”之间显著的电压差是总线可靠通信的保证。参照上面的描述，CAN总线上两种电平状态分别为：

显性（Dominant ）: 0

隐性（Recessive ）: 1

CAN总线的信号电平具有线与特性，线与特性是CAN总线仲裁的电路基础，即显性电平（0）总是会掩盖隐性电平（1），如果不同节点同时发送显性和隐性电平，总线上表现出显性电平（0），只有在总线上所有节点发送的都是隐性电平（1）时，总线才表现为隐性。

显性电平：逻辑0，高速CAN中CAN_H端向5V，CAN_L端向0V。

隐性电平：逻辑1，不驱动任何一端。

高速CAN和低速CAN总线在物理层信号电平上定义有所不同:

高速CAN，定义 CANH 和 CANL 电压相同（CANH = CANL = 2.5V）时为逻辑“1”，CANH和CANL 电压相差 2V（CANH = 3.5V, CANL = 1.5V） 时为逻辑“0”。

高速CAN收发器在共模电压范围内（-12V ~ 12V），将CANH和CANL电压相差大于 0.9V 解释为显性状态（Dominant），而将CANH和CANL电压相差小于 0.5V 解释为为隐性状态（Recessive）。收发器内部有迟滞电路可以降低干扰。

低速CAN，定义CANH和CANL电压相差 5V （CANH = 0V, CANL = 5V）时为逻辑“1”，相差 2.2V （CANH = 3.6V, CANL = 1.4V）时为逻辑“0”。

高速CAN信号电平（ ISO 11898-2）

低速CAN信号电平（ ISO 11898-3）

CAN的错误处理机制：

CRC错误：通过计算和校验数据的CRC值来检测错误。

位错误：在传输过程中实时检测比特错误。

错误帧：当检测到错误时，发送错误帧以请求重传。

总结

CAN总线以其高可靠性、实时性和灵活性，在多个领域得到了广泛应用。随着技术的发展，CAN总线也在不断演进，例如BOSCH发布的CAN FD（Flexible Data-Rate）标准，进一步提高了数据传输速率，满足了更高带宽需求的应用场景。

审核编辑：刘清