在前2天的推送中我們介紹了I2C、SPI 總線，但它們多用于傳輸距離短、協議簡單、數據量小、主要面向 IC（集成電路）間通信的“輕量級”場合。而 CAN 總線則不同，CAN 總線定義了更為優秀的物理層、數據鏈路層，并且擁有種類豐富、簡繁不一的上層協議。

什么是CAN 總線

CAN 是“Controller Area Network”的縮寫，即“控制器局域網”，是一個 ISO 標準的串行通信協議。CAN 總線由德國 BOSCH 公司研發設計，用于應對汽車上日益龐大的電子控制系統的需求，其最大的特點是可拓展性好，可承受大量數據的高速通信，并且高度穩定可到。ISO 組織通過 ISO11898 和 ISO11519 對 CAN 總線進行了標準化，使其早早確立了歐洲汽車總線標準的地位。時至今日，CAN 總線已經獲得業界的高度認可，其應用也從汽車電子領域延伸至工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等領域。

CAN 總線網絡拓撲結構

CAN 總線的物理連接只需要兩根線，常稱為CAN_H和CAN_L，通過差分信號進行數據的傳輸。CAN 總線有兩種電平，分別為隱性電平和顯性電平，這兩種電平有著類似漏極 I/O 電平信號之間“與”的關系：

·若隱性電平相遇，則總線表現為隱性電平；

·若顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平；

·若隱性電平和顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平。

一個典型的 CAN 總線網絡拓撲結構如圖1所示，注意兩端的終端電阻是必需的。

圖1. CAN 總線網絡拓撲

CAN 總線的幾種數據幀

CAN 總線協議規定了5種幀，分別是數據幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀以及幀間隔，實踐中數據幀的應用最為頻繁。各種幀的用途如表1所示。

表1. CAN 總線數據幀的種類及用途

CAN 總線的特點

CAN 總線網絡是一種真正的多主機網絡，在總線處于空閑狀態時，任何一個節點單元都可以申請成為主機，向總線發送消息。其原則是：最先訪問總線的節點單元可以獲得總線的控制權；多個節點單元同時嘗試獲取總線的控制權時，將發生仲裁事件，具有高優先級的節點單元將獲得總線控制權。

CAN 協議中，所有的消息都以固定的數據格式打包發送。兩個以上的節點單元同時發送信息時，根據節點標識符（常稱為 ID，亦打包在固定的數據格式中）決定各自優先級關系，所以 ID 并非表示數據發送的目的地址，而是代表著各個節點訪問總線的優先級。如此看來，CAN 總線并無類似其他總線“地址”的概念，在總線上增加節點單元時，連接在總線的其他節點單元的軟硬件都不需要改變。

CAN 總線的通信速率和總線長度有關，在總線長度小于 40m 的場合中，數據傳輸速率可以達到 1Mbps，而即便總線長度上升至 1000m，數據的傳輸速率仍可達到 50Kbps，無論在速率還是傳輸距離都明顯優于常見的 RS232、RS485 和 I2C 總線。

對于總線錯誤，CAN 總線有錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復功能三種應對措施，分別應對于下面三點表述：所有的單元節點都可以自動檢測總線上的錯誤；檢測出錯誤的節點單元會立刻將錯誤通知給其他節點單元；若正在發送消息的單元檢測到當前總線發生錯誤，則立刻強制取消當前發送，并不斷反復發送此消息至成功為止。

CAN 總線上的每個節點都可以通過判斷得出，當前總線上的錯誤時暫時的錯誤（如瞬間的強干擾）還是持續的錯誤（如總線斷裂）。當總線上發生持續錯誤時，引起故障的節點單元會自動脫離總線。

CAN 總線上的節點數量在理論上沒有上限，但在實際上收到總線上的時間延時及電氣負載的限制。降低最大通信速率，可以增加節點單元的連接數；反之，減少節點單元的連接數，則最大通信速率可以提高。