超干货！｜什么是嵌入式CAN总线？

如今，CAN总线在汽车和船舰电子设备通信中被广泛运用，并且随着国家越来越重视海防，对CAN的需求也会越来越大。

所以同学们，你们知道什么是嵌入式CAN总线吗？不如今天就和华妹一起来学习吧！

控制器局域网络CAN（controller area network）是用于无主机情况下，多个设备通信的总线协议。

协议参考OSI。OSI分成了应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。CAN总线根据需求，只采用了物理层，数据链路层，以及应用层。

一、CAN物理层

物理层：主要功能是为数据端设备提供传送数据的通路。

CAN总线，物理层是由双绞线实现数据的传输，其中一条命名位CAN_H,另外一条是CAN_L，有两种结构设计。

闭环结构

闭环结构，双绞线两端用120Ω电阻相连。这种结构，传输速度在125kbps-1Mbps之间。优点是传输速度快；缺点是通信距离短，最远也只能实现40m的准确传输。

开环结构

开环结构，双绞线不连接，两条线的一端都并联一个2.2KΩ的电阻。开环结构，传输速度在125kbps以下。但是，传输距离可以达到1km。

无论哪种结构，通信设备只需要用两条线路对应连接到CAN_H和CAN_L线上。

CAN总线网络拓扑图

差模信号传输

物理层还规定，数据以差模信号传输。在闭环结构中，小于0.05v的差值，表示隐形位（1），差值大于1.5v，表示显性位（0）；开环结构中，差值大于-0.3v，表示隐形位（1），差值大于（0.3v），表示显性位（0）。

CAN控制器或者芯片，多数采用ttl信号。因此每个CAN节点内部结构中，CAN控制器都是通过收发器来连接到总线上的。收发器，实现ttl信号和差模信号的转换。

二、数据链路层

数据链路层：主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。

CAN总线协议为了做到可靠传递，把数据链路层分位两层，媒体访问控制层（MAC）层和逻辑链路控制子层（LLC）。

MAC子层

MAC子层是实现CAN协议的核心，它的功能主要是规定传送规则。参总线协议，对帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定都做了规定。

例如，CAN总线规定了数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、帧间隔等不同类型的帧。其中，数据帧又分为标准帧和扩展帧。CAN总线协议规定数据帧的结构为：帧起始，仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段、帧结束，且对各段，都做了规定。

CAN总线实现的执行仲裁，采用了线与原理，结合仲裁段来完成。

这些规定，目的都是通过简单的双绞线，达到可靠的信息传递。不过，这样的信息传递，是广播性质的。如果，所有数据都接收，无疑会给cpu带来巨大的负荷。所以，还需要对数据进行处理，也就是LLC层的目的。

LCC子层

LLC子层的功能主要是报文滤波、超载通知和恢复管理。

CAN控制器中，通过报文滤波器，筛选出CAN总线传输，符号要求的信息，供微处理器使用。

物理层和数据链路层的功能可由CAN接口器件来完成。

三、应用层

应用层，由微处理器完成。根据使用场景的不同，在CAN的基础上，还有CANOpen，DeviceNet等升级协议,使用了CAN总线的物理层和数据链路层，只是对应用层加以修改。

CAN总线协议，是一个发展的总线协议，我们可以对其进行优化，例如现在的CANFD，对数据帧的数据段做修改，CAN总线的传输速度可以达到5Mbps。

所以同学们要想理解什么是CAN，就要从协议和物理层次学习哦~大家如果还有疑问，欢迎评论区留言！