CAN总线（Controller Area Network，控制器局域网）的结构主要包含物理层和数据链路层（协议层），遵循OSI参考模型的分层设计。以下是其详细结构说明：

一、物理层结构

1. 传输介质

   • 双绞线：由两根相互缠绕的导线（CAN_H 和 CAN_L）组成，通过差分信号传输数据，抗电磁干扰能力强。
   • 终端电阻：总线两端各接一个120Ω电阻，消除信号反射，保证信号完整性。

2. 连接方式

   • 总线拓扑：所有节点（ECU）通过T型接头或直连并联到主干线上，形成线性总线结构。
   • 最大节点数：通常支持100个节点（取决于物理层驱动能力）。

3. 电平逻辑

   • 显性电平（0）：CAN_H > CAN_L（电压差约2V），表示逻辑“0”，优先级高。
   • 隐性电平（1）：CAN_H ≈ CAN_L（电压差约0V），表示逻辑“1”，优先级低。

4. 物理层标准

   • 高速CAN（ISO 11898-2）：最高速率1Mbps（常用500kbps），用于汽车动力系统。
   • 低速容错CAN（ISO 11898-3）：最高125kbps，具备故障容错能力，用于车身控制。

二、数据链路层（协议层）

1. 报文结构

   • 标准帧（11位标识符）：ID范围0~0x7FF。
   • 扩展帧（29位标识符）：ID范围0~0x1FFFFFFF。
   • 帧组成：

     帧起始(1) + 仲裁段(ID) + 控制段(DLC) + 数据段(0-8字节) + CRC段 + 应答段 + 帧结束

2. 非破坏性仲裁机制

   • 优先级判定：通过标识符（ID）仲裁，ID值越小优先级越高。
   • 冲突处理：发送隐性位（1）的节点自动退出发送，无数据丢失。

3. 错误检测机制

   • CRC校验：15位循环冗余校验码。
   • ACK应答：接收节点需在应答段回复显性位。
   • 位填充：每5个相同位后插入一个反向位，保证同步。
   • 格式校验：检测固定字段格式是否符合标准。

4. 通信模式

   • 广播通信：节点发送数据到总线，所有节点接收并判断是否处理。
   • 多主控结构：无主从之分，任一节点可主动发起通信。

三、核心组件功能

1. CAN控制器
   • 集成在MCU中，处理协议层功能（帧封装、仲裁、错误检测）。
2. CAN收发器
   • 连接控制器与物理总线，实现TTL电平与差分信号的转换。

四、应用场景

• 汽车电子：发动机控制、ABS、仪表盘通信（如整车CAN网络）。
• 工业控制：PLC通信、传感器网络。
• 医疗设备：多模块协同系统。

总结

CAN总线的核心结构 = 双绞线物理层 + 多主广播通信 + 非破坏性仲裁 + 强错误检测。其简洁的线型拓扑、高可靠性和实时性，使其成为复杂分布式系统的理想通信方案。实际应用中需注意终端电阻匹配、信号屏蔽设计等工程细节以保障稳定性。