CAN 概述

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），它的设计目标是以最小的CPU负荷来高效处理大量的报文。1986 年德国电气商BOSCH公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

CAN 网络拓扑结构

CAN 总线由两条差分线 CANH 和 CANL 组成，各个节点通过较短的支线接入 CAN 总线。各节点从通信协议而言是没有主从和地址区分的，每个节点均可以平等的收发数据。另外，在CAN 总线的两端各有一个 120Ω的终端电阻，来做阻抗匹配，以减少回波反射。

CAN 总线物理层特性

显性电平对应逻辑“0”，CANH 和 CANL 压差 2.5V 左右。
而隐性电平对应逻辑“1”，CANH和 CANL 压差为 0V。
在总线上，显性电平具有优先权，只要有一个节点输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，只有所有的节点都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。

帧类型

CAN 包含了以下 5 种帧类型。其中数据帧和远程帧由用户控制收发；错误帧、过载帧和间
隔帧是 CAN 总线上各节点硬件根据对应状态发送，用户不能也无需控制。

0 <= N <= 8
SOF = Start of frame
ID = Identifier
RTR = Remote transmission request
IDE = Identifier extension bit
r0 = Reserved bit
DLC = Data length code
CRC = Cyclic redundancy code
Error flag: 6 dominant bits if error active; else, 6 recessive bits.
Suspend transmission: Only applies to error passive node.
EOF = End of frame
ACK = Acknowledge bit

数据帧

标准帧

一帧标准数据帧包含如下部分：

• 帧起始： 为 1bit 显性位。由于 CAN 总线空闲时是隐性电平，帧起始的显性位用于提示总线上的节点“一帧信息传输开始了”。
• 仲裁段： 表示该帧优先级的段，包含标识符和帧类型（数据/远程帧）。
• 控制段： 表示数据的字节数、标识符类型（标准/扩展标识符）及保留位的段。
• 数据段： 数据，一帧可发送 0~8 个字节的数据（数据长度根据控制段的 DLC 决定）。
• CRC 段： 发送节点将 CRC 计算区域（不包含填充位）进行 CRC 计算后放入 CRC 段发送。接收节点也对 CRC 计算区域进行 CRC 计算，并与收到的 CRC 域进行对比，若 CRC 对比结果有误则向总线发送错误帧，若对比结果正确则随后发送应答。
• ACK 段： 含应答位（ACK SLOT）和应答间隔符（ACK DELIMITER）。发送节点在 ACK 段均发送隐性电平；接收节点如果在接收过程中没有检测到错误，则在应答位输出 1bit 显性电平，以通知发送节点“这帧数据被正确的接收了”。
• 帧结束： 表示数据帧结束的段，为 7bit 隐性电平。
  

检测到位流里有 5 个连续相同值的位，便自动在位流里插入一相反电平的填充位。位填充的范围为帧起始（SOF）~CRC 域（不含 CRC 间隔符）。
例如，原始数据流为“0000000111110001”，经过位填充后实际输出到 CAN 总线的数据流为“000001001111100001”。

标准数据帧示例

测试代码

  uint8_t transmit_mailbox;can_tx_message_type tx_message_struct;tx_message_struct.standard_id = 0x400;                             /* 设置发送数据帧的 ID=0x400 */tx_message_struct.extended_id = 0;                                 /* 扩展标识符:标准帧不启用 */tx_message_struct.id_type = CAN_ID_STANDARD;                       /* 发送数据帧类型（标准/扩展）：标准数据帧*/tx_message_struct.frame_type = CAN_TFT_DATA;                       /* 发送帧类型（远程/数据）：数据帧 */tx_message_struct.dlc = 4;                                         /* 发送数据长度（0~8）：8 */tx_message_struct.data[0] = 0x01;                                  /* 第 1byte 数据：0x11 */tx_message_struct.data[1] = 0x02;                                  /* 第 2byte 数据：0x22 */tx_message_struct.data[2] = 0x03;                                  /* 第 3byte 数据：0x33 */tx_message_struct.data[3] = 0x04;                                  /* 第 4byte 数据：0x44 */transmit_mailbox = can_message_transmit(CAN1, &tx_message_struct); /* 将以上待发送报文写入发送邮箱并请求发送 */while (can_transmit_status_get(CAN1, (can_tx_mailbox_num_type)transmit_mailbox) != CAN_TX_STATUS_SUCCESSFUL); /* 等待该邮箱发送成功—对应邮箱发送成功标志置起 */

CAN数据收发器接收：

CAN协议数据分析：