SoC芯片的CAN總線基礎(chǔ)知識詳解(一）

CAN總線（Controller Area Network）是一種用于車輛、工業(yè)自動化和其他領(lǐng)域的高可靠性、實時性強的串行通信協(xié)議。它允許多個微控制器和設(shè)備在沒有主機計算機的情況下相互通信。

CAN總線最初由德國BOSCH公司在1980年代初期為汽車內(nèi)部通信而開發(fā)。1993年，ISO發(fā)布了CAN總線標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），包括數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和物理層協(xié)議。

ISO 11898-1：定義數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

ISO 11898-2：定義高速CAN總線物理層協(xié)議，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps。推薦使用線形拓?fù)?，適用于實時性要求高的場合。

ISO 11898-3：定義低速CAN總線物理層協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps到125Kbps之間。也稱為容錯CAN，能夠在一根信號線失效時繼續(xù)通信，適用于實時性要求較低的場合。

CAN總線特點：

多主控制：CAN總線支持多個主設(shè)備同時存在于網(wǎng)絡(luò)上，沒有主從之分，設(shè)備根據(jù)消息的優(yōu)先級進行通信。

差分信號：使用兩根線（CAN_H和CAN_L）傳輸差分信號，提高了抗電磁干擾的能力。

非破壞性仲裁：在消息傳輸過程中，如果發(fā)生沖突，優(yōu)先級高的消息將被傳輸，低優(yōu)先級的消息將等待重傳。

錯誤檢測與處理：具有強大的錯誤檢測和處理能力，包括CRC校驗、位錯誤檢查等。

靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線形、星形、樹形和環(huán)形。

在CAN總線上，邏輯“0”和“1”之間顯著的電壓差是總線可靠通信的保證。參照上面的描述，CAN總線上兩種電平狀態(tài)分別為：

顯性（Dominant ）: 0

隱性（Recessive ）: 1

CAN總線的信號電平具有線與特性，線與特性是CAN總線仲裁的電路基礎(chǔ)，即顯性電平（0）總是會掩蓋隱性電平（1），如果不同節(jié)點同時發(fā)送顯性和隱性電平，總線上表現(xiàn)出顯性電平（0），只有在總線上所有節(jié)點發(fā)送的都是隱性電平（1）時，總線才表現(xiàn)為隱性。

顯性電平：邏輯0，高速CAN中CAN_H端向5V，CAN_L端向0V。

隱性電平：邏輯1，不驅(qū)動任何一端。

高速CAN和低速CAN總線在物理層信號電平上定義有所不同:

高速CAN，定義 CANH 和 CANL 電壓相同（CANH = CANL = 2.5V）時為邏輯“1”，CANH和CANL 電壓相差 2V（CANH = 3.5V, CANL = 1.5V）時為邏輯“0”。

高速CAN收發(fā)器在共模電壓范圍內(nèi)（-12V ~ 12V），將CANH和CANL電壓相差大于0.9V 解釋為顯性狀態(tài)（Dominant），而將CANH和CANL電壓相差小于0.5V 解釋為為隱性狀態(tài)（Recessive）。收發(fā)器內(nèi)部有遲滯電路可以降低干擾。

低速CAN，定義CANH和CANL電壓相差 5V （CANH =0V, CANL = 5V）時為邏輯“1”，相差 2.2V （CANH = 3.6V, CANL = 1.4V）時為邏輯“0”。

高速CAN信號電平（ ISO 11898-2）

低速CAN信號電平（ ISO 11898-3）

CAN的錯誤處理機制：

CRC錯誤：通過計算和校驗數(shù)據(jù)的CRC值來檢測錯誤。

位錯誤：在傳輸過程中實時檢測比特錯誤。

錯誤幀：當(dāng)檢測到錯誤時，發(fā)送錯誤幀以請求重傳。

總結(jié)

CAN總線以其高可靠性、實時性和靈活性，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN總線也在不斷演進，例如BOSCH發(fā)布的CAN FD（Flexible Data-Rate）標(biāo)準(zhǔn)，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足了更高帶寬需求的應(yīng)用場景。

審核編輯：劉清