控制器局域网络(CAN)的详细介绍

CAN是控制器局域网络的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

什么是通讯

为了更好地理解CAN通讯概念，我们借助人与人之间的通讯形式来了解汽车的这种内部通讯模式。当然，首先我们得清楚什么是通讯：

“通讯是两个或两个以上参与者之间交换信息的有意识活动，目的是通过符号和语义规范的共享系统来发送或接收信息。通讯的基本步骤包括通讯意图的形成，信息的组成，信息的编码，信号的发送，信号的接收，信息的解码以及最终的信息解释，这一系列步骤也称之为协议。”

CAN通讯的引入

比较人与汽车之间的交流/通讯行为后发现：两者概念基本相同。当人们想在一个小组中交流时，通常有几种交流的可能性。一种可能性是：如果一个人想与几个人共享某些信息，则他可以以特定的方式发送该信息，并向每个感兴趣的人重复相同的信息，始终遵循某种协议，即确保所发送信息的通信规则。我们可以将这个概念应用于汽车。

过去，如果控制单元，传感器或执行器要发送某些信息，则必须通过特定的通信通道(电缆)将其发送给每个相关方。例如，如果发动机控制单元要与变速箱控制单元共享信息，则它必须对要发送的每个数据使用特定的介质(电缆)。如果后者想向前者发送信息，情况也是如此，这样就导致需要很多电缆。

这样的通讯系统的缺点是大量的接线和连接，这意味着重量，复杂性，潜在的故障和额外的成本。此外，未明确连接以接收该信息的其他单元无法知道该信息。随着控制单元数量的增加也会使其可靠性成为噩梦。所以为了克服所有的这些问题，引入了串行通信，这样电缆连接的数量远少于共享信号所需的数量，所以所需的信息会在数据包中一个接一个地发送信息。

CAN通讯的概念

如果我们将串行通信比喻为人类交流，则可以说一个人使用相同的交流通道将其信息发送给其他人，并且每个人都可以根据各自需要获取信息。例如，一个人可能会向一群人大声说“明天会下雨”。这群人都将听到并且也理解该信息，但并非所有人都对此信息感兴趣，因此他们将丢弃它并等待下一条消息。

这样我们就可以定义有关CAN总线的第一个理论概念，CAN通讯的数据传输方式类似于电话会议或视频会议。一个人(控制单元)发送其数据，将其输入网络，而其他人“共同收听”该数据。其中一部分人对此数据很有趣，因此他们使用它。另一部分人可能对该特定数据不感兴趣并将其丢弃。

高低速CAN两种总线架构的基本概念

在汽车的CAN总线系统中，上述概念已应用于大多数控制单元，能够在某些特定系统之间创建“本地网络”，从而建立不同级别的重要性和传输速度。

这样的好处是，因为它是一种可扩展的通讯方法，所以能够根据需要进行较大且复杂的通讯。

那么这些“本地网络”的实现则是通过ISO 的串行通讯协议ISO-11898 和 ISO-11519所规定的CAN总线架构来实现。

①ISO-11898 定义了通信速率为 125 kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度≤40米。

②ISO-11519 定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。

这里CAN通讯速率(位速率)是指单位时间内总线上传输的信息量，即每秒能够传输的二进制位的数量，单位是bit per second，bps。

上述的高低速CAN总线架构广泛应用于汽车，比如动力网采用高速CAN总线架构，舒适网采用低速CAN总线架构。

CAN总线结构

了解了高低速CAN两种总线架构的基本概念后，再了解CAN总线的具体结构。我们可以看到上图两类CAN总线结构都有CAN_H，CAN_L两根线和多个节点。

其中CAN_H和CAN_L线是以双绞形式缠绕，每个节点都有CAN收发器和CAN控制器，CAN收发器和CAN控制器可能集成在芯片，也可能是独立于芯片。

审核编辑：汤梓红