CAN协议教程(中文版)

CAN协议教程(中文版)1.CAN协议概述CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网）是一种用于汽车和工业自动化领域的串行通信协议。它由德国博世公司于1983年首次提出，并于1993年成为国际标准ISO11898。CAN协议以其高可靠性、高实时性和低成本等特点，在汽车电子、工业自动化、航空航天等领域得到了广泛应用。CAN协议的主要特点包括：多主通信：CAN总线上的任意节点都可以作为主节点发起通信，无需中央控制节点。非破坏性仲裁：当多个节点同时发送消息时，CAN协议通过优先级仲裁机制保证消息的正确传输，避免数据冲突。错误检测与处理：CAN协议具有强大的错误检测和处理机制，能够及时发现并纠正传输错误，保证数据的可靠性。高实时性：CAN协议采用固定长度的数据帧，保证了数据传输的实时性。2.CAN协议的物理层CAN协议的物理层定义了数据传输的电气特性，包括电压电平、传输速率、总线拓扑结构等。CAN总线通常采用双线制，使用差分信号传输数据，以提高抗干扰能力。电压电平：CAN总线上的高电平为2.5V，低电平为0V。传输速率：CAN总线的传输速率可从10Kbps到1Mbps不等，具体取决于总线长度和节点数量。总线拓扑结构：CAN总线通常采用线型或星型拓扑结构，节点通过CAN收发器连接到总线上。3.CAN协议的数据链路层CAN协议的数据链路层负责数据帧的构建、传输和接收。CAN数据帧包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束等部分。帧起始：用于标识一个数据帧的开始。仲裁场：包含11位或29位标识符，用于标识消息的优先级和发送节点。控制场：包含数据长度码（DLC），用于标识数据场的长度。数据场：包含0到8个字节的数据。CRC场：包含CRC校验码，用于检测数据传输错误。应答场：接收节点通过发送应答信号来确认正确接收数据帧。帧结束：用于标识一个数据帧的结束。4.CAN协议的应用层CAN协议的应用层定义了数据帧的具体含义和用途。应用层协议通常由行业组织或用户自行定义，例如：CANopen：用于工业自动化领域的应用层协议。J1939：用于汽车领域的应用层协议。ISO15765：用于诊断服务的应用层协议。CAN协议教程(中文版)5.CAN协议的帧类型CAN协议支持两种类型的帧：数据帧和远程帧。数据帧：用于传输实际数据，包含帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束等部分。远程帧：用于请求发送数据帧，只包含帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束等部分。6.CAN协议的错误处理位错误：发送节点检测到发送的位与接收到的位不一致。填充错误：发送节点检测到违反位填充规则。CRC错误：接收节点检测到CRC校验码错误。格式错误：接收节点检测到数据帧格式错误。应答错误：发送节点未收到应答信号。当检测到错误时，CAN协议会通过错误帧和重传机制来纠正错误，保证数据的可靠性。7.CAN协议的波特率总线长度：总线长度越长，信号传输延迟越大，波特率应相应降低。节点数量：节点数量越多，总线负载越大，波特率应相应降低。电磁干扰：电磁干扰越强，波特率应相应降低。8.CAN协议的滤波器CAN协议支持使用滤波器来过滤掉不需要的消息。滤波器可以根据消息的标识符进行过滤，只允许特定标识符的消息通过。滤波器分为两类：接收代码：用于接收消息的标识符必须匹配接收代码才能通过。屏蔽代码：用于接收消息的标识符必须匹配屏蔽代码的特定位才能通过。通过使用滤波器，可以提高CAN总线的效率，减少不必要的消息传输。9.CAN协议的诊断功能错误计数器：用于记录发送节点和接收节点的错误次数。错误检测：用于检测传输错误和格式错误。错误处理：用于处理错误，例如发送错误帧、重传数据帧等。故障指示灯：用于指示网络错误状态。通过使用诊断功能，可以提高CAN总线的可靠性，及时发现并纠正网络错误。10.CAN协议的应用领域汽车电子：CAN协议用于汽车内部的通信，例如发动机控制、车身控制、仪表盘显示等。工业自动化：CAN协议用于工业自动化设备的通信，例如、PLC、传感器等。航空航天：CAN协议用于航空航天器的通信，例如飞行控制系统、导航系统、仪表系统等。CAN协议教程(中文版)11.CAN协议的通信过程1.初始化：节点在加入CAN总线之前需要进行初始化，包括设置波特率、滤波器、错误处理等参数。2.发送消息：节点在发送消息之前需要检查总线状态，如果总线空闲，则可以发送消息。3.接收消息：节点在接收消息之前需要检查消息的标识符，如果标识符与滤波器匹配，则可以接收消息。4.错误处理：节点在通信过程中如果检测到错误，需要根据错误类型进行处理，例如发送错误帧、重传数据帧等。5.终止通信：节点在完成通信后需要释放总线资源，以便其他节点可以使用总线。12.CAN协议的节点配置波特率：节点需要配置与总线相同的波特率，以保证通信的同步。标识符：节点需要配置唯一的标识符，以便其他节点能够识别该节点。滤波器：节点需要配置滤波器，以过滤掉不需要的消息。错误处理：节点需要配置错误处理机制，以便在通信过程中出现错误时能够及时处理。13.CAN协议的故障诊断错误计数器：用于记录发送节点和接收节点的错误次数。错误检测：用于检测传输错误和格式错误。错误处理：用于处理错误，例如发送错误帧、重传数据帧等。故障指示灯：用于指示网络错误状态。通过使用故障诊断功能，可以提高CAN总线的可靠性，及时发现并纠正网络错误。14.CAN协议的安全性和可靠性多主通信：CAN总线上的任意节点都可以作为主节点发起通信，无需中央控制节点。非破坏性仲裁：当多个节点同时发送消息时，CAN协议通过优先级仲裁机制保证消息的正确传输，避免数据冲突。错误检测与处理：CAN协议具有强大的错误检测和处理机制，能够及时发现并纠正传输错误，保证数据的可靠性。高实时性：CAN协议采用固定长度的数据帧，保证了数据传输的实时性。15.CAN协议的未来发展CANF