控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。由于其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视，被广泛应用于汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域。 随着CAN总线协议在各个行业和领域的广泛应用，对其的通信格式标准化也提出了更严格的要求。1991年CAN总线技术规范（Version2.0）制定并发布。该技术规范共包括A和B两个部分。其中2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种格式。

1 CAN总线架构简介

CAN总线是一种用于在不同的ECU（电子控制单元）之间传输数据的线，CAN总线协议是一种ISO 国际标准化的串行通信协议，有 ISO-11898 和 ISO-11519两个系列。其定义有：

  • ISO-11898 定义了通信速率为 125 kbps ~1Mbps 的高速 CAN 通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度 ≤ 40米，如图。
  • ISO11519 定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 CAN 通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米，如图。

高速CAN和低速CAN广泛应用于汽车总线，如下图。

CAN总线终端电阻的作用？为什么是120Ω？为什么是0.25W？

CAN通讯速率(位速率)与CAN总线长度的关系大致如下图。

以上介绍了高低速CAN两种总线架构的基本概念，接下来具体看看这两种CAN总线。

2 CAN总线结构信息

将上图2细化，我们可以看到两种CAN总线结构都有CAN_H，CAN_L两根线和多个节点。其中CAN_H和CAN_L线是以双绞形式缠绕，每个节点都有CAN收发器（transceiver）和CAN控制器（controller），CAN收发器和CAN控制器可能集成在芯片（on-chip），也可能是独立于芯片(off-chip)。（图3列举了两种CAN收发器–TJA1054和82C250）

附1: CAN总线抗干扰的6条“军规”

3 CAN总线信号

CAN总线上，信号表现为电压形式，通过CAN_H和CAN_L线上的电位差来表示CAN信号，分为**显性电平(dominant)和隐性电平(recessive)**两种类型。其中显性电平规定为逻辑0，隐性电平则为逻辑1。其具体定义可通过下图来理解。

具体说，如上图第1幅图：当CAN_H和CAN_L的电压均为2.5v，两者电压差为0，就规定CAN信号为隐性电平；当CAN_H的电压为3.5v，CAN_L的电压为1.5v，两者电压差为2V，就规定CAN信号为显性电平。这里实际的规定是：电压差满足定义的一定范围，就可以认为是显性电平或者隐性电平，比如电压差在1.5-2.5v范围，都认为是显性电平。

为了加深理解，看了一段实际采集的电压形式的CAN信号：

4 CAN信号传输

上述的电位差（差分电平）与逻辑电平由CAN收发器实现。在发送过程，CAN控制器将CPU传来的信号转换为逻辑电平。CAN收发器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到CAN总线上。

在接收过程，CAN收发器将CAN_H 和 CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到CAN控制器，CAN控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到CPU上。

通俗地讲，就是发送方通过CAN收发器使总线电平发生变化，将其信息传递到CAN总线上。接收方通过监听总线电平，将总线上的消息读入自己的CAN收发器。

5 小结

CAN总线有2种架构，CAN信号有2种形式，CAN信号发送和接收2个过程。