一、什么是CAN協(xié)議

　　電子計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用電子語言來說話，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語言，這種語言稱“協(xié)議”，汽車電腦網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸協(xié)議有數(shù)種。寶來車裝用博世公司產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線采用CAN協(xié)議，這個協(xié)議是由福特、Internet與博世公司共同開發(fā)的高速汽車通信協(xié)議。CAN是Controller Area Network（控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）的縮寫，意思是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。

　　二、CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點

　　數(shù)據(jù)總線與其他部件組合在一起就成為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點是：

　　①將傳感器信號線減至最少，使更多的傳感器信號進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞。 ②電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間。 ③如果系統(tǒng)需要增加新的功能，僅需軟件升級即可。 ④各電控單元的監(jiān)測對所連接的CAN總線進(jìn)行實時監(jiān)測，如出現(xiàn)故障該電控單元會存儲故障碼。

　　⑤CAN數(shù)據(jù)總線符合國際標(biāo)準(zhǔn)，以便于一輛車上不同廠家的電控單元間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　三、CAN數(shù)據(jù)格式

　　1.名詞

　　1）顯性和隱性

　　顯性-0 隱性-1（diff=0）

　　2）數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀、幀間隔

　　數(shù)據(jù)幀：用于發(fā)送節(jié)點向接收節(jié)點傳送數(shù)據(jù)的幀

　　遠(yuǎn)程幀：用于接收節(jié)點向具有相同ID的發(fā)送節(jié)點請求數(shù)據(jù)的幀

　　錯誤幀：用于當(dāng)檢測出錯誤時向其他節(jié)點通知錯誤的幀

　　過載幀：用于接收節(jié)點通知其尚未做好接受準(zhǔn)備的幀

　　幀間隔：用于將數(shù)據(jù)幀及遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離開來的幀

　　3）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求

　　通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，一個需要數(shù)據(jù)的的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，稱為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀具有相同的標(biāo)識符。

　　2.CAN標(biāo)準(zhǔn)幀與CAN擴(kuò)展幀格式

　　數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀都可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀格式或者擴(kuò)展幀格式。

　　RTR：遠(yuǎn)程發(fā)送請求位，數(shù)據(jù)幀中為顯性，遠(yuǎn)程幀中為隱性。

　　SRR：替代遠(yuǎn)程請求位（在擴(kuò)展格式中在RTR位置，所以得此名），隱性位。此位可判斷出標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀。

　　IDE：標(biāo)識符擴(kuò)展位，標(biāo)準(zhǔn)幀-顯性，擴(kuò)展幀-隱性，表示該幀為標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。

　　R1、R0：保留位。

　　DLC：數(shù)據(jù)長度代碼，如下圖所示，包括下圖中的DLC3、DLC2、DLC1、DLC0：

　　CRC段：由CAN控制器自動填充。

　　CRC分隔符：隱性位。

　　ACK段：2位，由CAN控制器自動填充。包括應(yīng)答位和應(yīng)答界定位。應(yīng)答界定位緊鄰幀結(jié)束。在應(yīng)答域中，發(fā)送器發(fā)出兩個隱性位，當(dāng)接收器正確的接收到有效的報文，該接收器就會在應(yīng)答位期間，用一顯性位填充應(yīng)答位作為回應(yīng)，而應(yīng)答界定位一直保持為隱性。

　　幀結(jié)束：由7個隱性位組成，由CAN控制器自動填充。兩種幀格式可出現(xiàn)在同一總線上

　　3.數(shù)據(jù)幀

　　SOF幀開始：數(shù)據(jù)幀開始的段

　　仲裁段：該幀優(yōu)先級的段

　　控制段：數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)以及保留位的段

　　數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，0~8個字節(jié)

　　CRC段：檢查幀的傳輸錯誤的段

　　ACK段：確認(rèn)正常接收的段

　　幀結(jié)束：數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段

　　4.遠(yuǎn)程幀

　　通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為數(shù)據(jù)接收器的節(jié)點可以發(fā)起各自數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)傳送請求，即向數(shù)據(jù)發(fā)送器請求發(fā)送具有相同ID的數(shù)據(jù)幀。

　　遠(yuǎn)程幀由幀起始、仲裁段、控制段、CRC段、ACK段和幀結(jié)束組成。

　　遠(yuǎn)程幀沒有數(shù)據(jù)段。

　　5.錯誤幀

　　出錯標(biāo)志有兩種：主動（積極）錯誤標(biāo)志和被動（消極）錯誤標(biāo)志。

　　主動（積極）錯誤標(biāo)志：6個連續(xù)的顯行位組成。

　　被動（消極）錯誤標(biāo)志：6個連續(xù)的隱性位組成，有可能被其他節(jié)點的顯行位覆蓋。

　　一個錯誤積極節(jié)點如果檢測到一個錯誤條件，會發(fā)送一個積極錯誤標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識。這一錯誤標(biāo)志違反了正常的位填充規(guī)則（適用于從幀起始到CRC界定符之間的所有場）或破壞了應(yīng)答場和幀結(jié)束場的固定格式，結(jié)果是引起其他節(jié)點檢測到新的錯誤條件并各自開始發(fā)送錯誤標(biāo)志，因此，這個在總線上可被檢測到的顯性位序列是各個節(jié)點發(fā)出的不同錯誤標(biāo)志疊加的結(jié)果。該序列的總長度在6~12位之間變化。

　　一個消極錯誤節(jié)點如果檢測到一個錯誤條件，會試圖發(fā)送一個消極錯誤標(biāo)志進(jìn)行指示。這個消極錯誤節(jié)點會一直等待6個具有相同極性的連續(xù)位，等待從消極錯誤標(biāo)志的起始開始，當(dāng)檢測到6個相同極性的連續(xù)位時，消極錯誤標(biāo)志發(fā)送即完成。

　　錯誤界定符由8個隱性位組成，錯誤標(biāo)志發(fā)出以后，每個節(jié)點都發(fā)出隱性位，并一直監(jiān)視總線直到檢測出隱性位，隨后開始發(fā)送剩余的7個隱性位。

　　CAN提供了檢測下列錯誤類型機(jī)制：

　　1）應(yīng)答錯誤

　　2）填充錯誤

　　3）CRC錯誤

　　4）格式錯誤

　　6.過載幀

　　存在3中過載條件，引起過載標(biāo)志的發(fā)送。

　　1）接收器要求延遲下一次數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的到達(dá)。

　　2）在幀間隔間歇場的第一和第二位檢測到顯性位。

　　3）如果一個CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個顯性位，則節(jié)點會發(fā)送一個過載幀（而不是錯誤幀）。錯誤計數(shù)器不會增加。

　　最多可產(chǎn)生2個過載幀來延遲下一數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。

　　過載標(biāo)志由6個顯性位組成，其全部形式與積極錯誤標(biāo)志一樣。過載標(biāo)志破壞了幀間隔間歇場的固定形式，結(jié)果其他節(jié)點也檢測到一個過載條件，并各自開始發(fā)送過載幀。如果在幀間隔間歇場的第3位期間檢測到一個顯性位，則該位將解釋為幀起始。

　　注意：1）CAN總線的錯誤幀、過載幀怎么發(fā)出，是硬件自己完成，還是要軟件實現(xiàn)？

　　答： 當(dāng)然是由硬件自動發(fā)出，不需要軟件參與。

　　7.幀間隔

　　幀間隔用于分割數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的幀。

　　數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可通過插入幀間隔將本幀與前面的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀）分開。過載幀和錯誤幀之前沒有幀間隔，多個過載幀之間也不是通過幀間隔分開的。

　　幀間隔包括間歇場、總線空閑場以及可能的暫停發(fā)送域。只有剛發(fā)送出去前一報文的錯誤消極節(jié)點才需要暫停發(fā)送場。

　　非錯誤消極節(jié)點或者作為前一報文接收器的節(jié)點的幀間隔如圖。

　　作為前一報文發(fā)送器的錯誤消極節(jié)點的幀間隔如圖。

　　間歇場包括3個隱性位。間歇場期間，所有節(jié)點均不允許發(fā)送數(shù)據(jù)幀或者遠(yuǎn)程幀，他唯一的作用是標(biāo)識一個過載條件。

　　注意，如果一個正準(zhǔn)備發(fā)送報文的CAN節(jié)點在間歇場的第三位檢測到一個顯性位，他將認(rèn)為這是一個幀的開始，并且在下一位時間，從報文的標(biāo)識符的第一位開始發(fā)送報文，而不再發(fā)送一個幀起始位，同時也不會成為報文接收器。

　　總線空閑周期為任意長度。在此期間，總線空閑，任何需要發(fā)送報文的節(jié)點都可以訪問總線。

　　一個因其他報文正在發(fā)送而被掛起的報文，將在間歇場后的第一位開始發(fā)送。此時檢測到的總線上一個顯性位將被解釋為一個幀起始。

　　暫停發(fā)送場是指錯誤消極節(jié)點發(fā)送一個報文以后，在開始發(fā)送下一個報文或者認(rèn)可總線處于空閑之前，在間歇場后發(fā)出的8個隱性位。如果在此期間一次由其他節(jié)點引起的傳送開始了，則該節(jié)點將成為報文接收器。

　　四、CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成及過程

　　（1）CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成

　　CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中每塊電腦的內(nèi)部增加了一個CAN控制器，一個CAN收發(fā)器；每塊電腦外部連接了兩條CAN數(shù)據(jù)總線。在系統(tǒng)中作為終端的兩塊電腦，其內(nèi)部還裝有一個數(shù)據(jù)傳遞終端（有時數(shù)據(jù)傳遞終端安裝在電腦外部）。

　　（2）各部件功能

　　①CAN控制器作用是接收控制單元中微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。同時CAN控制器也接收收發(fā)器收到的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并傳給微處理器。

　　②CAN收發(fā)器 是一個發(fā)送器和接收器的組合，它將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號并通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送出去，同時，它也接收總線數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳到CAN控制器。

　　③數(shù)據(jù)傳遞終端 實際是一個電阻器，作用是避免數(shù)據(jù)傳輸終了反射回來，產(chǎn)生反射波而使數(shù)據(jù)遭到破壞。

　　④CAN數(shù)據(jù)總線 用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線，分為CAN高位（CAN-high）和低位（CAN—low）數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)沒有指定接收器，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送給各控制單元，各控制單元接收后進(jìn)行計算。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，CAN總線采用兩條線纏繞在一起，兩條線上的電位是相反的，如果一條線的電壓是5V，另一條線就是0V，兩條線的電壓和總等于常值。通過該種辦法，CAN總線得到保護(hù)而免受外界電磁場干擾，同時CAN總線向外輻射也保持中性，即無輻射。

　　（3）數(shù)據(jù)傳遞過程

　　例如：發(fā)動機(jī)電腦向某電腦CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該電腦CAN收發(fā)器接收到由發(fā)動機(jī)電腦傳來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給本電腦的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他電腦收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，但是要檢查判斷此數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)，如果不是將忽略掉。