【技術(shù)分享】CAN總線相關(guān)知識(shí)探討以及Model3C兩路CAN的應(yīng)用

一、 CAN總線相關(guān)知識(shí)

CAN總線概述

• CAN（Controller Area Network）總線是一種高實(shí)時(shí)性、高可靠性和靈活性的串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)中。它由德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)，最高速率可達(dá)到1Mbps，具有強(qiáng)大的檢錯(cuò)和處理機(jī)制，以及高抗干擾性和自診斷能力。

1.CAN總線特點(diǎn)

• 高實(shí)時(shí)性：CAN總線采用非破壞性仲裁技術(shù)，確保高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)能夠優(yōu)先傳輸。
• 高可靠性：CAN總線具有強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，包括CRC校驗(yàn)、應(yīng)答機(jī)制等，能夠有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 靈活性：CAN總線支持多種操作模式，如正常模式、只聽(tīng)模式、自測(cè)模式等，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
• 擴(kuò)展性：CAN總線支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和擴(kuò)展。

2.為什么CAN節(jié)點(diǎn)ID不能相同

CAN（Controller Area Network）總線是一種廣泛應(yīng)用于汽車和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的串行通信協(xié)議。在CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)ID（標(biāo)識(shí)符）用于區(qū)分不同的報(bào)文和數(shù)據(jù)源，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)ID不能相同的原因主要有以下幾點(diǎn)：

• 仲裁機(jī)制：CAN總線的仲裁機(jī)制是基于報(bào)文的ID進(jìn)行的。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送報(bào)文時(shí)，CAN控制器會(huì)監(jiān)聽(tīng)總線上的電平信號(hào)，并根據(jù)報(bào)文的ID進(jìn)行仲裁。ID數(shù)值越小的報(bào)文具有越高的優(yōu)先級(jí)，會(huì)優(yōu)先被發(fā)送。如果兩個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)具有相同的ID，那么仲裁機(jī)制將失效，因?yàn)樗芯哂邢嗤琁D的節(jié)點(diǎn)都會(huì)認(rèn)為自己具有發(fā)送報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，從而導(dǎo)致總線沖突和數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。
• 避免數(shù)據(jù)沖突：為了確保CAN總線上的數(shù)據(jù)傳輸高效且有序，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要一個(gè)唯一的ID來(lái)標(biāo)識(shí)其發(fā)送的報(bào)文。這樣可以有效避免不同節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)沖突，確保每個(gè)報(bào)文都能被正確接收和處理。
• 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：如果允許節(jié)點(diǎn)ID相同，那么CAN總線網(wǎng)絡(luò)將變得不穩(wěn)定且難以管理。因?yàn)楫?dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于ID相同而無(wú)法進(jìn)行有效的仲裁，這可能導(dǎo)致總線擁塞、數(shù)據(jù)傳輸失敗甚至整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

3、CAN總線常遇到的問(wèn)題

• 通信錯(cuò)誤：由于CAN總線上的節(jié)點(diǎn)之間存在不同的優(yōu)先級(jí)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突。此外，錯(cuò)誤的軟件實(shí)現(xiàn)或硬件設(shè)計(jì)也可能導(dǎo)致通信錯(cuò)誤。
• 總線短路：CAN總線上連接的電氣設(shè)備可能因?yàn)槎搪范鴵p壞總線系統(tǒng)。這通常是由于設(shè)備的接地問(wèn)題、電源問(wèn)題或其他電氣問(wèn)題導(dǎo)致的。
• 錯(cuò)誤幀：CAN總線上可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀，這些幀包含了錯(cuò)誤的ID或者CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤等信息。錯(cuò)誤幀的出現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致總線上的其他節(jié)點(diǎn)誤判情況，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
• 總線過(guò)載：當(dāng)CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量過(guò)多或者通信數(shù)據(jù)量過(guò)大時(shí)，可能導(dǎo)致總線過(guò)載，從而影響通信性能和穩(wěn)定性。
• 總線阻塞：在某些情況下，CAN總線上的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持發(fā)送狀態(tài)，從而導(dǎo)致其他節(jié)點(diǎn)無(wú)法發(fā)送數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象被稱為總線阻塞。
• 總線錯(cuò)誤：CAN總線上的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生硬件故障，例如控制器損壞、接口損壞等，這些情況都可能導(dǎo)致總線錯(cuò)誤。
• 總線干擾：CAN總線可能會(huì)受到外部電磁干擾，如電源干擾、射頻干擾等，這些干擾可能導(dǎo)致總線上的數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。

4、以個(gè)位數(shù)價(jià)格的工業(yè)級(jí)HMI芯片–Model3C為例， 2路CAN的應(yīng)用

Model3C是啟明智顯推出的一款基于RISC-V的高性能、國(guó)產(chǎn)自主、工業(yè)級(jí)高清顯示與智能控制MCU，集成了先進(jìn)的工業(yè)HMI技術(shù)和雙CAN通信技術(shù)。其2路CAN的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

• 雙通道冗余設(shè)計(jì)

Model3C采用雙通道冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)其中一個(gè)CAN通道出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)通道可以立即接管數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，確保系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。

• 快速數(shù)據(jù)傳輸和穩(wěn)定通信

Model3C配備的2路CAN接口支持多種通信速率和操作模式，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)傳輸需求。同時(shí)，CAN總線的高實(shí)時(shí)性和可靠性保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院头€(wěn)定性。

• 靈活配置和擴(kuò)展

Model3C的2路CAN接口支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入總線，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和擴(kuò)展。這種擴(kuò)展性使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用場(chǎng)景，提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

• 廣泛應(yīng)用場(chǎng)景

Model3C的2路CAN接口可以應(yīng)用于多種工業(yè)控制場(chǎng)景，如船舶、交通軌道、汽車儀表、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。通過(guò)CAN通信，設(shè)備可以將各種數(shù)據(jù)發(fā)送到彩屏儀表上，為用戶提供實(shí)時(shí)、直觀、簡(jiǎn)潔的信息。

5、以MODEL3C芯片為例，如何做CAN的收發(fā)測(cè)試

將測(cè)試板上的兩個(gè)CAN接口對(duì)接。執(zhí)行can_sample命令，CAN0會(huì)向CAN1發(fā)送數(shù)據(jù)，CAN1會(huì)打印接收到的數(shù)據(jù)。

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發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)：

通過(guò)調(diào)試工具向CAN總線發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)可以包括各種類型的數(shù)據(jù)幀，如標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀等。確保發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容正確，并且發(fā)送頻率和時(shí)序符合要求。

觀察接收：

觀察CAN總線上的接收設(shè)備是否能夠正確接收發(fā)送的測(cè)試數(shù)據(jù)。

驗(yàn)證接收設(shè)備的數(shù)據(jù)內(nèi)容是否與發(fā)送的數(shù)據(jù)相匹配，并且沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。