CAN总线标准和应用层协议概述
嵌入式的工程师一般都知道can总线广泛应用到汽车中，其实船舰电子设备通信也广泛使用can，随着国家对海防的越来越重视，对can的需求也会越来越大。
概述
can（controller area network）即控制器局域网，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。 想到can就要想到德国的bosch公司，因为can就是这个公司开发的（和intel）。 can有很多优秀的特点，使得它能够被广泛地应用。比如：传输速度最高到1mbps，通信距离最远到10km，无损位仲裁机制，多主结构。 近些年来，can控制器价格越来越低，很多mcu也集成了can控制器。现在每一辆汽车上都装有can总线。 一个典型的can应用场景：
can总线标准
can总线标准只规定了物理层和数据链路层，需要用户自定义应用层。不同的can标准仅物理层不同。
can收发器负责逻辑电平和物理信号之间的转换。
将逻辑信号转换成物理信号（差分电平），或者将物理信号转换成逻辑电平。 can标准有两个，即ios11898和ios11519，两者差分电平特性不同。
高低电平幅度低，对应的传输速度快；
* 双绞线共模消除干扰，是因为电平同时变化，电压差不变。
物理层
can有三种接口器件：
多个节点连接，只要有一个为低电平，总线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，才为高电平。所谓线与。 can总线有5个连续相同位后，就插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。从而消除累积误差。 和485、232一样，can的传输速度与距离成反比。
can总线，终端电阻的接法：
为什么是120ω，因为电缆的特性阻抗为120ω，为了模拟无限远的传输线。 数据链路层can总线传输的是can帧，can的通信帧分成五种，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。 数据帧用来节点之间收发数据，是使用最多的帧类型；远程帧用来接收节点向发送节点接收数据；错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧；过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧；用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。 数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧（2.0a）和扩展帧（2.0b） 帧起始
帧起始由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧起始； 帧结束由7个隐形位（高电平）组成。 仲裁段can总线是如何解决多点竞争的问题？ 由仲裁段给出答案。 can总线控制器在发送数据的同时监控总线电平，如果电平不同，则停止发送并做其他处理。如果该位位于仲裁段，则退出总线竞争；如果位于其他段，则产生错误事件。
帧id越小，优先级越高。由于数据帧的rtr位为显性电平，远程帧为隐性电平，所以帧格式和帧id相同的情况下，数据帧优先于远程帧；由于标准帧的ide位为显性电平，扩展帧的ide位为隐形电平，对于前11位id相同的标准帧和扩展帧，标准帧优先级比扩展帧高。 控制段共6位，标准帧的控制段由扩展帧标志位ide、保留位r0和数据长度代码dlc组成；扩展帧控制段则由ide、r1、r0和dlc组成。
数据段为0-8字节，短帧结构，实时性好，适合汽车和工控领域；
crc段crc校验段由15位crc值和crc界定符组成。
ack段当接收节点接收到的帧起始到crc段都没错误时，它将在ack段发送一个显性电平，发送节点发送隐性电平，线与结果为显性电平。 远程帧远程帧分为6个段，也分为标准帧和扩展帧，且rtr位为1（隐性电平）
can是可靠性很高的总线，但是它也有五种错误：
crc错误：发送与接收的crc值不同发生该错误；格式错误：帧格式不合法发生该错误；应答错误：发送节点在ack阶段没有收到应答信息发生该错误；位发送错误：发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误；位填充错误：通信线缆上违反通信规则时发生该错误。
当发生这五种错误之一时，发送节点或接受节点将发送错误帧。 为防止某些节点自身出错而一直发送错误帧，干扰其他节点通信，can协议规定了节点的3种状态及行为。
过载帧当某节点没有做好接收的准备时，将发送过载帧，以通知发送节点。
帧间隔用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧，错误帧和过载帧前面不加帧间隔。
构建can节点构建节点，实现相应控制，由底向上分为四个部分：can节点电路、can控制器驱动、can应用层协议、can节点应用程序。 虽然不同节点完成的功能不同，但是都有相同的硬件和软件结构。
can收发器和控制器分别对应can的物理层和数据链路层，完成can报文的收发；功能电路，完成特定的功能，如信号采集或控制外设等；主控制器与应用软件按照can报文格式解析报文，完成相应控制。 can硬件驱动是运行在主控制器（如p89v51）上的程序，它主要完成以下工作：基于寄存器的操作，初始化can控制器、发送can报文、接收can报文； 如果直接使用can硬件驱动，当更换控制器时，需要修改上层应用程序，移植性差。在应用层和硬件驱动层加入虚拟驱动层，能够屏蔽不同can控制器的差异。 一个can节点除了完成通信的功能，还包括一些特定的硬件功能电路，功能电路驱动向下直接控制功能电路，向上为应用层提供控制功能电路函数接口。特定功能包括信号采集、人机显示等。
can收发器是实现can控制器逻辑电平与can总线上差分电平的互换。实现can收发器的方案有两种，一是使用can收发ic（需要加电源隔离和电气隔离），另一种是使用can隔离收发模块。推荐使用第二种。 can控制器是can的核心元件，它实现了can协议中数据链路层的全部功能，能够自动完成can协议的解析。can控制器一般有两种，一种是控制器ic（sja1000），另一种是集成can控制器的mcu（lpc11c00）。 mcu负责实现对功能电路和can控制器的控制：在节点启动时，初始化can控制器参数；通过can控制器读取和发送can帧；在can控制器发生中断时，处理can控制器的中断异常；根据接收到的数据输出控制信号；
接口管理逻辑：解释mcu指令，寻址can控制器中的各功能模块的寄存器单元，向主控制器提供中断信息和状态信息。 发送缓冲区和接收缓冲区能够存储can总线网络上的完整信息。 验收滤波是将存储的验证码与can报文识别码进行比较，跟验证码匹配的can帧才会存储到接收缓冲区。 can内核实现了数据链路的全部协议。
can协议应用层概述
can总线只提供可靠的传输服务，所以节点接收报文时，要通过应用层协议来判断是谁发来的数据、数据代表了什么含义。常见的can应用层协议有：canopen、devicenet、j1939、ican等。 can应用层协议驱动是运行在主控制器（如p89v51）上的程序，它按照应用层协议来对can报文进行定义、完成can报文的解析与拼装。例如，我们将帧id用来表示节点地址，当接收到的帧id与自身节点id不通过时，就直接丢弃，否则交给上层处理；发送时，将帧id设置为接收节点的地址。 can收发器sja1000的输出模式有很多，使用最多的是正常输出模式，输入模式通常不选择比较器模式，可以增大通信距离，并且减少休眠下的电流。
收发器按照通信速度分为高速can收发器和容错can收发器。 同一网络中要使用相同的can收发器。 can连接线上会有很多干扰信号，需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路：
也可以使用can隔离收发器（集成滤波器和抗干扰电路）。
can控制器与mcu的连接方式：
sja1000可被视为外扩ram，地址宽度8位，最多支持256个寄存器
#define reg_base_addr 0xa000 // 寄存器基址 unsigned char *sja_cs_point = (unsigned char *) reg_base_addr ; // 写sja1000寄存器 void writesjareg(unsigned char regaddr, unsigned char value) { *(sja_cs_point + regaddr) = value; return; } // 读sja1000寄存器 unsigned char readsjareg(unsigned char regaddr) { return (*(sja_cs_point + regaddr)); }
将缓存区的数据连续写入寄存器：…… for (i=0; i 8) // 定义振荡器时钟和处理器时钟频率（用户可以根据实际情况作出调整） #define oscclk 11059200ul // 宏定义mcu的时钟频率 #define cpuclk (oscclk / 12) #endif // __config_h__ sja1000上电后处于复位状态，必须初始化后才能工作： （1）置位模式寄存器bit0位进入复位模式； （2）设置时钟分频寄存器选择时钟频率、can模式； （3）设置验收滤波，设定验证码和屏蔽码； （4）设置总线定时器寄存器0、1设定can波特率； （5）设置输出模式； （6）清零模式寄存器bit0位退出复位模式； 模式寄存器
只检测模式：sja1000发送can帧时不检查应答位； 只听模式：此模式下sja1000不会发送错误帧，用于自动检测波特率；sja1000以不同的波特率接收can帧，当收到can帧时，表明当前波特率与总线波特率相同。 波特率设置can总线无时钟，使用异步串行传输；波特率是1秒发送的数据位；
can帧发送：发送can帧的步骤： 1.检测状态寄存器，等待发送缓冲区可用； 2.填充报文到发送缓冲区； 3.启动发送。
sja1000具有一个12字节的缓冲区，要发送的报文可以通过寄存器16-28写入，也可通过寄存器96-108写入或读出：
设置发送模式：char setsjasendcmd(unsigned char cmd) { unsigned char ret; switch (cmd) { default: case 0: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit); //正常发送 break; case 1: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit|at_bit); //单次发送 break; case 2: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit|srr_bit);//自收自发 break; case 0xff: ret = setbitmask(reg_can_cmr, at_bit);//终止发送 break; } return ret; } 发送函数：unsigned char sja_can_filter[8] = { // 定义验收滤波器的参数，接收所有帧 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // acr0~acr3 0xff, 0xff, 0xff, 0xff // amr0~amr3 }; unsigned char std_send_buffer[11] = { // can 发送报文缓冲区 0x08, // 帧信息，标准数据帧，数据长度 = 8 0xea, 0x60, // 帧id = 0x753 0x55, 0x55, 0x55, 0x55, 0xaa, 0xaa, 0xaa, 0xaa // 帧数据 }; void main(void) // 主函数，程序入口 { timerinit();// 初始化 d1 = 0; sja1000_rst = 1; // 硬件复位sja1000 timerdelay(50); // 延时500ms sja1000_rst = 0; sja1000_init(0x00, 0x14, sja_can_filter); // 初始化sja1000，设置波特率为1mbps // 无限循环，main()函数不允许返回 for(;;) { sjasenddata(std_send_buffer, 0x0); timerdelay(100); // 延时1000ms } } 为什么帧id是0x753，这与can帧在缓冲区的存储格式有关。
终端电阻非常重要，当波特率较高而且没加终端电阻时，信号过冲非常严重。
sja1000有64个字节的接收缓冲区（fifo），这可以降低对mcu的要求。 mcu可以通过查询或中断的方式确定sja1000接收到报文后读取报文。
三星公布Q2业绩展望：营收436亿美元 同比下降7.3%
浅析推动生命科学发展的光泵半导体激光（OPSL）技术（一）
讲讲关于MBR与GPT的基础知识
传苹果正与LG联合开发3D摄像头模组 下代iPhone或将支持AR模式
三种策略可以帮助您充分利用数据备份
CAN总线标准和应用层协议概述
闻泰科技披露收购安世半导体公司的新进展
日本利用人工智能等新兴技术解决社会问题
基于μC/OS-Ⅱ和ARM的超声波测距系统设计
宽带波形发生器电路原理图讲解
电脑芯片的工作原理简述
关于testbench在FPGA编程中的技巧
AI芯片向ASIC转移 “中国芯”希望来了
EMS厂商艾尼克斯全程维护服务概述
康佳特推出全新载板设计培训课程
瑞萨发布兼容EtherCAT通信的MPU RZ/T2L产品阵容
安森美的碳化硅技术赋能纯电动汽车VISION EQXX单次充电续航更远
市场逆转，小型数码相机或被智能手机取代
世界半导体大会即将开幕 市场竞争日渐激烈
百度小度智能音箱Pro发布 一款不一样的拥有DuerOS语音系统的AI产品
概述
can（controller area network）即控制器局域网，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。 想到can就要想到德国的bosch公司，因为can就是这个公司开发的（和intel）。 can有很多优秀的特点，使得它能够被广泛地应用。比如：传输速度最高到1mbps，通信距离最远到10km，无损位仲裁机制，多主结构。 近些年来，can控制器价格越来越低，很多mcu也集成了can控制器。现在每一辆汽车上都装有can总线。 一个典型的can应用场景：
can总线标准
can总线标准只规定了物理层和数据链路层，需要用户自定义应用层。不同的can标准仅物理层不同。
can收发器负责逻辑电平和物理信号之间的转换。
将逻辑信号转换成物理信号（差分电平），或者将物理信号转换成逻辑电平。 can标准有两个，即ios11898和ios11519，两者差分电平特性不同。
高低电平幅度低，对应的传输速度快；
* 双绞线共模消除干扰，是因为电平同时变化，电压差不变。
物理层
can有三种接口器件：
多个节点连接，只要有一个为低电平，总线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，才为高电平。所谓线与。 can总线有5个连续相同位后，就插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。从而消除累积误差。 和485、232一样，can的传输速度与距离成反比。
can总线，终端电阻的接法：
为什么是120ω，因为电缆的特性阻抗为120ω，为了模拟无限远的传输线。 数据链路层can总线传输的是can帧，can的通信帧分成五种，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。 数据帧用来节点之间收发数据，是使用最多的帧类型；远程帧用来接收节点向发送节点接收数据；错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧；过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧；用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。 数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧（2.0a）和扩展帧（2.0b） 帧起始
帧起始由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧起始； 帧结束由7个隐形位（高电平）组成。 仲裁段can总线是如何解决多点竞争的问题？ 由仲裁段给出答案。 can总线控制器在发送数据的同时监控总线电平，如果电平不同，则停止发送并做其他处理。如果该位位于仲裁段，则退出总线竞争；如果位于其他段，则产生错误事件。
帧id越小，优先级越高。由于数据帧的rtr位为显性电平，远程帧为隐性电平，所以帧格式和帧id相同的情况下，数据帧优先于远程帧；由于标准帧的ide位为显性电平，扩展帧的ide位为隐形电平，对于前11位id相同的标准帧和扩展帧，标准帧优先级比扩展帧高。 控制段共6位，标准帧的控制段由扩展帧标志位ide、保留位r0和数据长度代码dlc组成；扩展帧控制段则由ide、r1、r0和dlc组成。
数据段为0-8字节，短帧结构，实时性好，适合汽车和工控领域；
crc段crc校验段由15位crc值和crc界定符组成。
ack段当接收节点接收到的帧起始到crc段都没错误时，它将在ack段发送一个显性电平，发送节点发送隐性电平，线与结果为显性电平。 远程帧远程帧分为6个段，也分为标准帧和扩展帧，且rtr位为1（隐性电平）
can是可靠性很高的总线，但是它也有五种错误：
crc错误：发送与接收的crc值不同发生该错误；格式错误：帧格式不合法发生该错误；应答错误：发送节点在ack阶段没有收到应答信息发生该错误；位发送错误：发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误；位填充错误：通信线缆上违反通信规则时发生该错误。
当发生这五种错误之一时，发送节点或接受节点将发送错误帧。 为防止某些节点自身出错而一直发送错误帧，干扰其他节点通信，can协议规定了节点的3种状态及行为。
过载帧当某节点没有做好接收的准备时，将发送过载帧，以通知发送节点。
帧间隔用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧，错误帧和过载帧前面不加帧间隔。
构建can节点构建节点，实现相应控制，由底向上分为四个部分：can节点电路、can控制器驱动、can应用层协议、can节点应用程序。 虽然不同节点完成的功能不同，但是都有相同的硬件和软件结构。
can收发器和控制器分别对应can的物理层和数据链路层，完成can报文的收发；功能电路，完成特定的功能，如信号采集或控制外设等；主控制器与应用软件按照can报文格式解析报文，完成相应控制。 can硬件驱动是运行在主控制器（如p89v51）上的程序，它主要完成以下工作：基于寄存器的操作，初始化can控制器、发送can报文、接收can报文； 如果直接使用can硬件驱动，当更换控制器时，需要修改上层应用程序，移植性差。在应用层和硬件驱动层加入虚拟驱动层，能够屏蔽不同can控制器的差异。 一个can节点除了完成通信的功能，还包括一些特定的硬件功能电路，功能电路驱动向下直接控制功能电路，向上为应用层提供控制功能电路函数接口。特定功能包括信号采集、人机显示等。
can收发器是实现can控制器逻辑电平与can总线上差分电平的互换。实现can收发器的方案有两种，一是使用can收发ic（需要加电源隔离和电气隔离），另一种是使用can隔离收发模块。推荐使用第二种。 can控制器是can的核心元件，它实现了can协议中数据链路层的全部功能，能够自动完成can协议的解析。can控制器一般有两种，一种是控制器ic（sja1000），另一种是集成can控制器的mcu（lpc11c00）。 mcu负责实现对功能电路和can控制器的控制：在节点启动时，初始化can控制器参数；通过can控制器读取和发送can帧；在can控制器发生中断时，处理can控制器的中断异常；根据接收到的数据输出控制信号；
接口管理逻辑：解释mcu指令，寻址can控制器中的各功能模块的寄存器单元，向主控制器提供中断信息和状态信息。 发送缓冲区和接收缓冲区能够存储can总线网络上的完整信息。 验收滤波是将存储的验证码与can报文识别码进行比较，跟验证码匹配的can帧才会存储到接收缓冲区。 can内核实现了数据链路的全部协议。
can协议应用层概述
can总线只提供可靠的传输服务，所以节点接收报文时，要通过应用层协议来判断是谁发来的数据、数据代表了什么含义。常见的can应用层协议有：canopen、devicenet、j1939、ican等。 can应用层协议驱动是运行在主控制器（如p89v51）上的程序，它按照应用层协议来对can报文进行定义、完成can报文的解析与拼装。例如，我们将帧id用来表示节点地址，当接收到的帧id与自身节点id不通过时，就直接丢弃，否则交给上层处理；发送时，将帧id设置为接收节点的地址。 can收发器sja1000的输出模式有很多，使用最多的是正常输出模式，输入模式通常不选择比较器模式，可以增大通信距离，并且减少休眠下的电流。
收发器按照通信速度分为高速can收发器和容错can收发器。 同一网络中要使用相同的can收发器。 can连接线上会有很多干扰信号，需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路：
也可以使用can隔离收发器（集成滤波器和抗干扰电路）。
can控制器与mcu的连接方式：
sja1000可被视为外扩ram，地址宽度8位，最多支持256个寄存器
#define reg_base_addr 0xa000 // 寄存器基址 unsigned char *sja_cs_point = (unsigned char *) reg_base_addr ; // 写sja1000寄存器 void writesjareg(unsigned char regaddr, unsigned char value) { *(sja_cs_point + regaddr) = value; return; } // 读sja1000寄存器 unsigned char readsjareg(unsigned char regaddr) { return (*(sja_cs_point + regaddr)); }
将缓存区的数据连续写入寄存器：…… for (i=0; i
只检测模式：sja1000发送can帧时不检查应答位； 只听模式：此模式下sja1000不会发送错误帧，用于自动检测波特率；sja1000以不同的波特率接收can帧，当收到can帧时，表明当前波特率与总线波特率相同。 波特率设置can总线无时钟，使用异步串行传输；波特率是1秒发送的数据位；
can帧发送：发送can帧的步骤： 1.检测状态寄存器，等待发送缓冲区可用； 2.填充报文到发送缓冲区； 3.启动发送。
sja1000具有一个12字节的缓冲区，要发送的报文可以通过寄存器16-28写入，也可通过寄存器96-108写入或读出：
设置发送模式：char setsjasendcmd(unsigned char cmd) { unsigned char ret; switch (cmd) { default: case 0: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit); //正常发送 break; case 1: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit|at_bit); //单次发送 break; case 2: ret = setbitmask(reg_can_cmr, tr_bit|srr_bit);//自收自发 break; case 0xff: ret = setbitmask(reg_can_cmr, at_bit);//终止发送 break; } return ret; } 发送函数：unsigned char sja_can_filter[8] = { // 定义验收滤波器的参数，接收所有帧 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // acr0~acr3 0xff, 0xff, 0xff, 0xff // amr0~amr3 }; unsigned char std_send_buffer[11] = { // can 发送报文缓冲区 0x08, // 帧信息，标准数据帧，数据长度 = 8 0xea, 0x60, // 帧id = 0x753 0x55, 0x55, 0x55, 0x55, 0xaa, 0xaa, 0xaa, 0xaa // 帧数据 }; void main(void) // 主函数，程序入口 { timerinit();// 初始化 d1 = 0; sja1000_rst = 1; // 硬件复位sja1000 timerdelay(50); // 延时500ms sja1000_rst = 0; sja1000_init(0x00, 0x14, sja_can_filter); // 初始化sja1000，设置波特率为1mbps // 无限循环，main()函数不允许返回 for(;;) { sjasenddata(std_send_buffer, 0x0); timerdelay(100); // 延时1000ms } } 为什么帧id是0x753，这与can帧在缓冲区的存储格式有关。
终端电阻非常重要，当波特率较高而且没加终端电阻时，信号过冲非常严重。
sja1000有64个字节的接收缓冲区（fifo），这可以降低对mcu的要求。 mcu可以通过查询或中断的方式确定sja1000接收到报文后读取报文。
三星公布Q2业绩展望：营收436亿美元 同比下降7.3%
浅析推动生命科学发展的光泵半导体激光（OPSL）技术（一）
讲讲关于MBR与GPT的基础知识
传苹果正与LG联合开发3D摄像头模组 下代iPhone或将支持AR模式
三种策略可以帮助您充分利用数据备份
CAN总线标准和应用层协议概述
闻泰科技披露收购安世半导体公司的新进展
日本利用人工智能等新兴技术解决社会问题
基于μC/OS-Ⅱ和ARM的超声波测距系统设计
宽带波形发生器电路原理图讲解
电脑芯片的工作原理简述
关于testbench在FPGA编程中的技巧
AI芯片向ASIC转移 “中国芯”希望来了
EMS厂商艾尼克斯全程维护服务概述
康佳特推出全新载板设计培训课程
瑞萨发布兼容EtherCAT通信的MPU RZ/T2L产品阵容
安森美的碳化硅技术赋能纯电动汽车VISION EQXX单次充电续航更远
市场逆转，小型数码相机或被智能手机取代
世界半导体大会即将开幕 市场竞争日渐激烈
百度小度智能音箱Pro发布 一款不一样的拥有DuerOS语音系统的AI产品