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一、CAN总线的基本概念及由来

CAN总线协议是BOSCH公司开发的一种基于报文广播模式的串行通信总线，最早用于实现汽车ECU之间的可靠通信，此后广泛应用于工业自动化、造船、医疗等领域。

要理解CAN总线协议，我们首先需要知道的概念是它对于汽车ECU意味着什么？ECU电子控制单元也称为汽车的“行车电脑”，用于控制汽车的行驶状况并实现各种功能。它主要收集和交换来自各种传感器和总线的数据，以确定车辆状态和驾驶员意图，并通过执行器控制车辆。

简单来说，CAN总线是用于各种ECU之间通信的网络和协议。

发展历程

1983年，BOSCH开始开发CAN总线。

CAN总线在1986年的SAE会议上正式推出。

1987年，英特尔和飞利浦发布了第一批CAN控制器芯片。

1991年，梅赛德斯-奔驰500E是世界上第一款基于CAN总线系统的量产车型。

1991年，博世发布了CAN20标准，分为CAN20A和CAN20B。

1993年，ISO发布了CAN总线标准，后来由三个主要部分组成

ISO11898-1数据链路层协议

ISO11898-2高速CAN总线物理层协议

ISO11898-3低速CAN总线物理层协议

2.CAN总线协议详细说明

21个CAN协议标准

CAN总线协议的主要分类包括低层标准协议和高层协议，其中三种协议主要是ISO11898-1、ISO11898-2和ISO11898-3。这三个协议的主要功能和应用如下下面介绍路线。

ISO11898-1:2015定义了CAN总线的数据链路层和电信号标准，描述了CAN总线的基本架构，定义了各种CAN总线设备在数据链路层、逻辑链路控制和媒体访的通信方法。控制子层。

ISO11898-2:2003定义了高速CAN总线物理层标准，最大数据速率为1Mbps，并作为两线平衡信号应用，HSCAN是汽车电源和工业应用中使用最广泛的物理层协议。工业控制网络；

ISO11898-3:2006定义了数据速率为40Kbps至125Kbps的低速CAN总线物理层标准。容错是指如果总线上的一个传输信号发生故障，可以依靠另一个信号进行通信。LSCAN主要用于汽车车身电子控制单元之间的通信。

不过上层协议要丰富得多，几乎每个厂家都有自己的CAN总线协议。下图列出了CAN总线上一些常见的上层协议类型。

22CAN总线特性

CAN总线具有多种特点，如多主站工作模式、每种协议有不同的优先级、采用无损总线仲裁技术、CAN可以通过点对点、点对点和全局方式传输数据。消息。广播模式。节点数量取决于总线驱动电路，采用短帧结构，传输时间短，鲁棒性强，抗干扰，CRC帧校验，数据误码率低。

其最重要的特点是它的多主工作模式。通常，操作系统有一个大脑来管理整个操作系统环境，但CAN总线以多主模式运行。每个ECU只负责传输和传输。协议帧足够了，因此多个ECU同时发送和接收消息时会产生冲突，这与第二个和第三个特性有关。仲裁的性质由协议的优先级决定，主要用于对CAN总线上的协议进行优先级排序，确定冲突时哪个协议首先占用CAN总线进行通信。同时，CAN协议的一些特点，如帧结构短、鲁棒性强、抗干扰等特点，使得CAN总线适合在汽车中使用。

23CAN总线布局

过去，汽车中的各个ECU都是通过点对点的连接方式连接的，但随着现代汽车中ECU单元数量的增加，CAN总线连接方式可以大幅降低汽车内部布线的复杂性。

现代汽车中的ECU数量可以超过70个，包括变速箱控制、安全气囊和ABS，而考虑到未来无人驾驶汽车的传感器设备，ECU数量达到120个。CAN总线实现了汽车互连系统从传统的点对点互连向基于总线的系统的演变，显着降低了车内电子系统布线的复杂性。当然，从安全角度来说，公交车的布局更容易造成汽车安全题。

如下图所示，汽车CAN总线的控制布局大致如下图所示，主要由四部分组成动力CAN部分、车身CAN、仪表板CAN和诊断CAN。动力CAN组件总线主要控制车辆的动力和制动组件，对时效性要求较高，一般采用高速CAN。车身CAN通常控制空调、车窗、后视镜等。它对时效性要求相对较低，通常使用低速CAN。仪表板部分是控制汽车仪表板的CAN。还有用于汽车接口诊断的CAN。

高速CAN的数据速率为125kbps至1Mbp，而低速CAN的数据速率为5kbps至125kbps。高速CAN用于速度较高的总线，低速CAN用于实时性要求较低的节点，主要用于舒适性和性领域。这些节点对实时性要求不高，且相对分散，电缆容易损坏，低速CAN的传输速度可以满足要求。CAN总线在汽车诊断领域也得到广泛应用，总线上搭载有汽车诊断领域的ECU。

24CAN总线结构特点

CAN总线定义了四种帧类型数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。各种框架的用途如下

数据帧用于从发送设备向接收设备传输数据的帧，用于在总线上传输用户数据的帧，最大有效负载为8字节，数据帧除了有效负载外还包含必要的信息。帧头用于执行CAN标准通信的帧位，如报文标识符、数据长度代码、验证信息等。

数据帧的帧结构如图所示，显示了两种格式标准数据帧和扩展数据帧。各字段的定义及长度如下

SOF表示数据帧的开始。

标识符标准格式11位，扩展格式29位，包括基本标识符和扩展标识符本部分标识数据帧的优先级。值越小，优先级越高。

RTR远程传输请求位，0表示数据帧，1表示远程帧。即，如果RTR=1，则消息帧的数据字段为空。

IDE标识符扩展位，0表示标准格式，1表示扩展格式。

DLC数据长度代码，0~8表示数据长度为0~8字节。

数据字段数据字段；

CRC序列校验字段，校验算法Gx=x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1；

DEL验证域和响应域之间的隐式分隔符。