CAN通信基础概念

简介：
CAN通信基础概念简介：本文介绍控制器局域网（CAN）的基本原理和术语，包括节点、消息帧结构及错误处理机制等核心内容。 ### CAN通信相关基础知识 #### 1. CAN的介绍 ##### 1.1 CAN是什么 CAN（Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通信协议，最初由德国Bosch公司于1983年为汽车工业开发。CAN总线具有高可靠性、低成本和灵活的设计等特点，广泛应用于汽车电子系统、工业自动化控制、航空电子设备等领域。 ##### 1.2 CAN的起源 CAN技术诞生主要是为了应对汽车内部各电子控制单元（ECU）之间的通信需求。随着汽车电子系统的日益复杂化，原有的硬连线方式不再能满足需要，因此开发了一种新的通信方案来提高系统灵活性和可扩展性。Bosch公司在1983年开始研发CAN，并在1986年的国际汽车工程学会（SAE）会议上首次公开了这项技术。 ##### 1.3 CAN的发展史 - **1983年**：Bosch公司开始研究开发CAN。 - **1986年**：CAN技术首度亮相于SAE会议。 - **1991年**：ISO（国际标准化组织）发布第一个CAN标准——ISO 11898-1。 - **1992年**：推出CAN 2.0，定义了两种帧格式：标准帧和扩展帧。 - **1999年**：发布了基于CAN的工业自动化协议CANopen。 - **2003年**：FlexRay技术面世。尽管它不是替代品，在某些高性能应用中与CAN共存使用。 - **2008年**：发布可以提高数据传输速率的CAN FD（Flexible Data Rate）标准。 ##### 1.4 CAN的特点 - 非破坏性仲裁机制：当多个节点同时发送信息时，通过位仲裁决定优先级顺序以避免冲突。 - 错误检测功能：强大的错误识别能力能够自动发现并通知重发数据的必要性。 - 灵活的数据帧结构：支持11位或29位标识符的数据帧格式选择依据应用场景不同而定。 - 高可靠性和容错性：即使网络中某节点故障，整个系统仍能正常运行。 - 低成本特性：与其他技术相比，CAN的成本较低且易于实现。 #### 2. CAN总线的标准 ##### 2.1 底层标准 - **版本概述**：CAN-bus规范（Version 2.0）定义了两种帧格式——标准和扩展帧。 - **ISO 标准化协议** - ISO 11898-1 定义物理及数据链路的基本规则。 - ISO 11898-2 规定高速CAN的特性，适用于高传输速度需求场景。 - ISO 11898-3 描述低速和单线CAN的特性，适合于较低传输速率的应用环境。 - ISO 11898-5 定义了提高数据传输率的新版本——CAN FD。 ##### 2.2 CAN与OSI参考模型 - **物理层**：负责比特流传输包括信号编码及数据传输速度。 - **数据链路层**：处理帧形成、错误检测和介质访问控制等功能。 - **网络层及以上层次功能通常由上层协议实现，如CANopen、DeviceNet等。 ##### 2.3 CAN与OSI以及ISO标准的关系 - ISO对CAN进行标准化制定了多个文档包括ISO11898系列。 - 不同之处：**ISO11898适用于高速传输场景；而ISO11519-2则针对低速环境设计。 #### 3. 数据链路层 ##### 3.1 CAN通信机制 - **帧格式**：CAN数据包由起始分界符、仲裁场、控制场等组成。 - **仲裁机制**：通过比较标识符决定发送顺序，确保多个节点同时传输时的有序性。 - **错误检测**：利用循环冗余校验（CRC）发现并纠正传输过程中发生的错误。 - **重发机制**：当识别到错误后，数据将被自动重新发送直至成功完成。 - **远程帧请求**：允许接收端从发送者处获取特定的数据包。 CAN通信是一种高度可靠的网络技术，其基础特性、标准以及通信机理使其成为众多应用领域的首选方案。对于初学者而言，理解这些基础知识至关重要，并有助于更好地掌握和使用这项技术。