CAN总线的结构、优点和应用

CAN是Controller Area Network的缩写（以下简称CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议，CAN总线是基于OSI模型的。本文简介CAN总线的结构、优点和应用，帮助大家对CAN总线技术有个初步的了解。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过IS011898及IS011519进行了标准化，CAN现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

1、CAN总线的结构
CAN总线的物理层是将ECU(Electronic Control Unit-电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等)连接至总线的驱动电路。ECU的总数将受限于总线上的电气负荷。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码/解码、位定时和同步的实施标准。

理论上,CAN总线上的节点数几乎不受限制，可达到2000个，实际上受电气特性的限制，最多只能接100多个节点。

CAN的数据链路层是其核心内容，其中逻辑链路控制(LOagie Link Control，LLC)完成过滤、过载通知和管理恢复等功能，媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)子层完成数据打包/解包、帧编码、媒体访问管理、错误检测、错误信令、应答、串并转换等功能。这些功能都是围绕信息帧传送过程展开的。

2、CAN总线的优点
①CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。
②在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时需要，优先级高的数据最多可在134μs内得到传输。
③CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时，优先级较低的节点会主动退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况(以太网则可能)。
④CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。
⑤CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。
⑥CAN上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达110个。标准帧报文标识符有11位、扩展帧的报文标识符(29位)的个数几乎不受限制。
⑦报文采用短帧结构、传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低。
⑧CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。
⑨CAN通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。
⑩CAN节点在错误严重的情况下可自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

3、CAN总线的应用
现在CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面，现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一、被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN总线连接线