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《CANOpen轻松入门》--周立功

CAN既是一种总线，又是一种协议。

CAN总线协议只定义了物理层和数据链路层，在实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件或固件，只要了解如何调用相关的接口和寄存器，即可完成对CAN的控制。简单说，CAN总线就是一层硬件协议，比如：差分信号电平的定义，数据帧的定义等。

CAN网络拓扑结构如下图：

1. CAN组成

一个CAN节点主要包含：MCU应用程序、can控制器、can收发器。

（1）MCU应用程序可分为：

业务逻辑代码：根据项目需求而定，比如读取传感器数据并对其做出响应逻辑处理。

协议层代码：比如CANOpen。

底层驱动代码：配置CAN总线相应参数、控制收发的代码。

（2）CAN控制器：

我们一般说的xx芯片带有CAN，表示CAN控制器集成在芯片内了，只需要操作其中的寄存器即可。

（3）CAN收发器：

将CAN收发引脚（CAN_TX和CAN_RX）的TTL信号转换成CAN总线的差分电平信号。

2. 位填充

当同样的电平持续5位则添加一个位的反型数据。

（1）发送单元的工作：在发送数据帧和遥控帧时，SOF~CRC段间的数据，相同电平如果持续5位，在下一位则要插入1个与前5位反型的电平。

（2）接收单元的工作：在接收数据帧和遥控帧时， SOF～CRC 段间的数据，相同电平如果持续 5 位，需要删除下一个位（第 6 个位）再接收。如果这个第 6 个位的电平与前 5 位相同，将被视为错误并发送错误帧。

3. 优先级

在CAN总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权。

多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继续发送。

当单元1仲裁失利后，自动转换为接收，同时控制器将会在下一轮继续发送这次未完成的数据。

数据帧和遥控帧的优先级：

具有相同 ID 的数据帧和遥控帧在总线上竞争时，仲裁段的最后一位（RTR）为显性位的数据帧具有优先权，可继续发送。

标准格式和扩展格式的优先级：

标准格式 ID 与具有相同 ID 的遥控帧或者扩展格式的数据帧在总线上竞争时，标准格式的 RTR 位为显性位的具有优先权，可继续发送。

4. 位时序

为了实现位同步，CAN协议把每一个数据位的时序分解成如下图所示的4个段。分解后的最小时间单位是Tq，而一个完整的位由8~25个Tq组成。

信号的采样点位于PBS1与PBS2段之间，通过控制各段的长度，可以对采样点的位置进行偏移，以便准确地采样。

CAN总线波特率

CAN总线属于异步通信（异步就是通信设备之间通过约定一样的时间来收发数据），而这个时间就会决定其波特率。

假设上图中的1Tq = 1us，而每个数据位由19个Tq组成，则传输一位数据需要时间T1 = 19us，从而每秒可以传输的数据位个数为：1x10^6/19 = 52631.6 (bps)，即每秒可传输的数据位的个数称为通讯波特率。

5. 数据帧

帧起始：表示帧开始的段，1个位的显性位。

仲裁段：通过ID来判断总线上哪一个节点具有优先发送的权利。ID越小（显性为0），优先级越高。RTR = 0代表数据帧，RTR = 1代表远程帧。

控制段：4位的DLC，1个IDE（数值为0）位和r0保留位。

数据段：数据从MSB（最高位）开始输出。

CRC段：检查帧的传输错误的段，CAN报文包含一段15位的CRC校验码，一旦接收节点算出的CRC码跟接收到的CRC码不同，则它会向发送节点反馈错误信息，利用错误帧请求它重新发送。CRC码一般由CAN控制器硬件计算得出，出错时的处理则由软件控制最大重发数。

ACK段：用来确认是否正常接收，由ACK槽和ACK界定符2个位构成。

A.发送单元在 ACK 段发送 2 个位的隐性位。

B.接收到正确消息的单元在 ACK 槽(ACK Slot)发送显性位，通知发送单元正常接收结束。这称作“发送 ACK”或者“返回 ACK”。

帧结束：由7个隐性位构成。