CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。CAN 總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領域上的應用是最廣泛的。接下來及跟隨小編一起來了解一下CAN總線的工作原理、特點及優缺點、應用領域及應用案例吧。

　　CAN總線的發展概述

　　CAN英文全稱為（Controller Area Network）即局域網控制器，CAN能夠實現分布式實時控制。能夠將多種智能機器進行網絡連接，并進行統一控制。

　　CAN最初由羅伯特·博世公司所開發，1993年開始被廣泛應用在各種車輛與電子設備上。CAN能提供安全、有效、即時控制，能使網絡消息的傳輸速度快，效率高，并且能提供多個端口統一控制或多主控制等多種功能。

　　CAN總線的結構

　　CAN總線的物理層是將ECU（Electronic Control Unit-電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等）連接至總線的驅動電路。ECU的總數將受限于總線上的電氣負荷。物理層定義了物理數據在總線上各節點間的傳輸過程，主要是連接介質、線路電氣特性、數據的編碼/解碼、位定時和同步的實施標準。

　　理論上，CAN總線上的節點數幾乎不受限制，可達到2000個，實際上受電氣特性的限制，最多只能接100多個節點。

　　CAN的數據鏈路層是其核心內容，其中邏輯鏈路控制（LOagie Link Control，LLC）完成過濾、過載通知和管理恢復等功能，媒體

　　訪問控制（Medium Access Control，MAC）子層完成數據打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串并轉換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。

　　CAN總線原理

　　CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。

　　當CAN總線上的一個節點（站）發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

　　當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態;當它收到總線分配時，轉為發送報文狀 態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處于接收狀態。每個處于接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。

　　由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或 軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

　　CAN總線的特點

　　1、具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優點;

　　2、采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環境中工作;

　　3、具有優先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網絡;

　　4、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

　　5、可靠的錯誤處理和檢錯機制;

　　6、發送的信息遭到破壞后，可自動重發;

　　7、節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;

　　8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息。

　　CAN總線的優點

　　1、CAN為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任一時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從。

　　2、在報文標識符上，CAN上的節點分成不同的優先級，可滿足不同的實時需要，優先級高的數據最多可在134μs內得到傳輸。

　　3、CAN采用非破壞總線仲裁技術。當多個節點同時向總線發送信息發生沖突時，優先級較低的節點會主動退出發送，而最高優先級的節點可不受影響地繼續傳輸數據，從而大大節省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網絡負載很重的情況下，也不會出現網絡癱瘓的情況（以太網則可能）。

　　4、CAN節點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據。

　　5、CAN的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）。

　　6、CAN上的節點數取決于總線驅動電路，目前可達110個。標準幀報文標識符有11位、擴展幀的報文標識符（29位）的個數幾乎不受限制。

　　7、報文采用短幀結構、傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低。

　　8、CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。

　　9、CAN通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

　　10、CAN節點在錯誤嚴重的情況下可自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。

　　CAN總線的應用

　?。?）CAN總線技術的應用

　　國外知名汽車基本都已經采用了CAN總線技術，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內汽車品牌，例如奇瑞等公司也已經有幾款車型應用了總線技術。 CAN總線技術就是通過遍布車身的傳感器，將汽車的各種行駛數據發送到“總線”上，在這個信息共享平臺上，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線”上讀 取需要的信息，從而使汽車的各個系統協調運作、信息共享、保證車輛安全行駛、舒適和可靠。一般來說，越高檔的車配備的CAN_BUS數量越多，價格也越 高，如途安、帕薩特等車型當中都配備了多個CAN總線。

　?。?）汽車CAN總線節點ECU的硬件設計

　　汽車CAN總線研發的核心技術就是對帶有CAN接口的ECU進行設計，其中ECU的CAN總線模塊由CAN控制器和CAN收發器構成。CAN控制器執行完整的CAN協議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線之間需CAN收發器作為接口，它實現CAN控制器與總線之間邏輯電平信 號的轉換。

　　（3）CAN總線在國內自主品牌汽車中的應用

　　由于受成本控制、技術實力等因素的限制，CAN_BUS總線技術一般都出現在國外高端汽車，在A級及以下級別車型當中，該項技術大多出現在合資品牌當中，如POLO、新寶來等。在自主品牌中，采用CAN總線技術的車型中很少，風云2則是其中的代表車型。風云2 CAN總線技術，可以實現發動機、變速箱、ABS、車身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車信息及時共享。在風云2的組合儀表盤當中，階段里程、未關車門精確顯示、安全帶未系提醒等20多項信息全部可以顯示，比同級產品增加一倍，這樣增加了駕駛過程中的安全度。

　?。?）未來智能傳感器發展趨勢

　　CAN總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線已在許多先進汽車上得到應用，將CAN總線應用于智能傳感器中， 使傳感器獲得的信號能通過總線實時地、可靠地、高速而準確地進行傳輸，使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，達到簡化布線、減 少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統的目的。同時，由于整個智能傳感器網絡采用全數字化的通信，因此，總線也具有很好的抗干擾能力，是未來智能化傳感器和智能化控制網絡的發展趨勢。

　　CAN總線的應用案例（汽車CAN總線應用）

　　汽車就是CAN總線的最典型應用。CAN總線利用兩條銅做的導線，CAN高線和CAN低線，一條用于動力系統的高速CAN，另一條用于車身系統的低速CAN。

　　在汽車CAN總線網絡中，將汽車儀表、ECU、控制模塊、變速箱、輔助剎車系統、各種傳感器和開關像修建高速公路一樣連在一起，實現信息的實時同步，汽車的各項數據信息像高速公路上疾馳的車流一樣，而CAN接口就是收費站，負責把各個元器件連接到這條“高速公路”上。

　　為什么汽車要使用CAN總線？

　　隨著汽車技術的發展，其中的電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規的布線方式，將導致車上電線數目急劇增加。另外，電控系統的增加雖然提高了轎車的安全性、經濟性和舒適性，但隨之增加的復雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。

　　因此，CAN總線就應運而生。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發，因而適合高干擾環境，并具有較遠的傳輸距離。功能上，CAN總線可以簡化車身線路布局，提高車身電控系統的穩定性，使汽車在控制方面更加智能、精確。是目前應用最多的總線標準之一。

　　汽車CAN總線網絡結構：

　　汽車動力系統CAN主要連接對象是發動機控制器（ECU）、變速箱、ABS控制器、安全氣囊控制器等等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統。

　　車身系統CAN主要連接和控制的汽車內外部照明、燈光信號、空調、組合儀表及其他輔助電器等。

　　目前，動力系統CAN和車身系統CAN這兩條獨立的總線之間設計有“網關”，以實現在各個CAN之間的資源共享，并將各個數據總線的信息反饋到儀表板上。駕車者只要看儀表板，就可以知道各個電控裝置是否正常工作了。

　　下圖是我們采集車輛數據的圖片，筆記本連接我們的USBCAN設備的USB一端，汽車的OBD口連接我們設備的CAN一端，這樣我們就可以用電腦來讀取汽車CAN總線上發送的數據了。這條數據可能是發動機發給變速箱的控制命令，也可能是溫度傳感器上傳的溫度信息。

　　名詞解釋——OBD接口：汽車的診斷接口，07年之后的每臺車上都有它哦，這個診斷接口可以輸出一系列的發動機傳感器數據，車速、油耗信息等。這個接口一般是修車店使用來檢測車輛故障情況的。神州專車廣告中提到的“OBD車速監測，保證60km/h以下”就是利用OBD接口實現的。