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面向汽车的CＡＮ 通信协议
摘要
CＡＮ总线是为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。对于汽车工业而言ＯＲSＣＨＥ(保时捷)、ROLＬS-ＲOＹCE(劳斯莱斯)和JAGＵAR(美洲豹)等都采用了ＣAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于ＣAN总线本身的特点,其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、***、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有:SAＥ J１９39／ISＯ1１7８3、CANＯpen、CＡNａeｒospaｃe、DｅvｉｃeＮet、ＮMＥＡ 20０0等。
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2概念和特征
下面对ＣAN协议的媒体访问控制子层的一些概念和特征做如下说明:
(1)报文（Messagｅ)总线上的数据以不同报文格式发送,但长度受到限制。当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。
(2)信息路由（Iｎformａtion Ｒoutinｇ)在ＣAN中,节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在ＣAN中增加节点。
(3）标识符（Identiｆｉｅr) 要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域），它给出的不是目标节点地址,而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
（４）数据一致性应确保报文在CAＮ里同时被所有节点接收或同时不接收,这是配合错误处理和再同步功能实现的。
(５）位传输速率不同的CAN系统速度不同，但在一个给定的系统里,位传输速率是唯一的,并且是固定的。
(6)优先权 由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。标识符越小,优先权越高。
(7)远程数据请求（Reｍｏｔｅ Data Rｅqｕeｓt) 通过发送远程帧,需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。
(８)仲裁（Ａｒｂｉｔrａtｉｏｎ) 只要总线空闲，任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文,就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时,数据帧优先于远程帧。在仲裁期间,每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同,则这个单元可以继续发送,如果发送的是“隐性”电平而监视到的是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。
(9)总线状态 总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“０”,“隐性”对应逻辑“1”。“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态,所以两个节点同时分别发送“０”和“1”时，总线上呈现“0”。CAN总线采用二进制不归零(NＲZ)编码方式,所以总线上不是“0”,就是“1”。但是CAＮ协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式。
(１0）故障界定(Confｉnemｅnｔ) CAＮ节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。故障节点会被关闭。
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（１１)应答接收节点对正确接收的报文给出应答,对不一致报文进行标记。
(1２)ＣAN通讯距离最大是10公里(设速率为５Ｋbps），或最大通信速率为1Mbps(设通信距离为４０米）。
(１3）ＣＡN总线上的节点数可达1１0个。通信介质可在双绞线,同轴电缆，光纤中选择。
(１４)报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低,CＡN有很好的校验机制，这些都保证了ＣAN通信的可靠性。
特点
ＣＡN总线是德国BＯSCH公司从８０年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达1Mｂpｓ。
CＡN总线接口电路
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完成对通信数据的成帧处理
CＡN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。
使网络内的节点个数在理论上不受限制
CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上