CAN总线相关知识点归纳
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，使得它能够被广泛的应用。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。
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一个典型的can应用场景：
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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。
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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;
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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;
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帧间隔
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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。
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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。
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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。
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