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1. 标准化

CAN协议

从1994年开始,ISO开始了CAN技术标准化工作,最终形成了四个标准。ISO11898-1描述了CAN协议。
除了数据通信的参考模型之外,CAN协议只包括数据链层(MAC-Medium Access Control和 LLC-Logical Link Control)和物理层(PLS-Physical Signaling)。

CAN控制器

CAN协议是基于硬件的。
目前有许多不同的CAN控制器,唯一的区别是如何处理CAN报告,具体体现在对象层中:具有对象存储的CAN控制器(即完全CAN控制器)和没有对象存储的CAN控制器(即基本CAN控制器)。

高速CAN和低速CAN

ISO 11898-2和ISO 11898-3介绍了数据通信参考模型的两个分层: PMA(物理介质附件,物理介质规范(PMS)。物理介质规范）。
它们描述了两种不同的CAN物理层:高速CAN物理层和低速CAN物理层,主要的区别是公共汽车电静数据的传输速率(bit rate)的定义。

波特率

ISO 11898-3的最高带宽为125kbit/s,主要用于汽车舒适系统。ISO 11898-2的最高带宽为1Mbit/s,主要用于汽车动力系统和车底系统。

事件驱动通信

ISO 11898-1定义了事件驱动的通信。更高的总线负载可能导致延误,特别是对于较低优先级的CAN报告。
ISO 11898-4可以用于确保CAN网络中可靠的通信。ISO 11898-4是数据链层的扩展,它为CAN网络增加了时间诱导的通信选项。

2. CAN网络

结构

多个物理传输媒体的CAN网络( CAN总线 -CAN Bus)由CAN节点连接组成。实际上，CAN网络通常使用线性拓扑结构,每个ECU通过CAN接口连接到总线.一些CAN网络也使用被动星形拓扑。

物理层

无防护双线(UTP,非shielded Twisted Pair(英语:Unshielded Twisted Pair)是最常用的物理传输介质,用于传输对称信号。通常，UTP的线截面为0.34 mm2到0.6 mm2.线电阻应少于60mΩ。

边界条件

最大传输速度为1Mbit/s,允许的最大长度为40m。 在CAN网络的末端,端口阻抗有助于抑制信号反射。
ISO 11898 规定 CAN 节点的最高数为 32.

3. CAN节点

节点

在CAN网络中执行任务的ECU称为CAN节点。

复杂度升高

在ECU网络的早期,一个简单的CAN驱动程序(提供与硬件无关的简单接口的应用程序),一个CAN控制器和CAN接收器足够实现CAN接口。如今，ECU网络不能与操作系统、网络管理和诊断功能分开.同时，软件变得非常复杂,因此,必须规范ECU基础软件。

AUTOSAR

AUTOSAR（AUTomotive Open System ARchiteture，Auto Open System Architecture)提供了ECU软件的参考框架,其核心是AutoSAR实时操作环境(RTE),负责软件组件与网络和应用程序的完全分离.AUTOSAR 提供 基本 软件 形式 的 软件 组件 统一 服务,从低到高分别: 微控制器抽象层, ECU抽象层, 服务层.

CAN节点结构

CAN节点图描述了一种新型CAN节点的结构。 最关心的领域是“通讯服务”。AUTOSAR COM(通讯)提供标准通讯服务、诊断服务(诊断COM管理员)和网络管理服务(一般NM/CANNM)。
PDU路由器(PDU: Protocol Data Unit)处理不同通信层之间的内部节点通信,并协调AUTOSARCOM、诊断COM管理器和CANTP(传输协议)之间的通信。

4. CAN控制器

CAN接口

ECU需要CAN接口来参与CAN通信。 CAN接口由CAN控制器和CAN接收器组成。 CAN控制器实现了CAN协议规定的通信功能,大大降低了主机的负担。

CAN收发器

CAN接收器将CAN控制器连接到物理传输介质。 通常,控制器与接收器之间采用光学或磁耦合隔离,因此虽然CAN总线上的过压可能会损坏CAN接收器,但CAN控制器和主机仍可以被保护。

发送/接收

在CAN网络中,CAN节点之间的区别是每个节点所发送或接收的CAN消息的数量。
例如，一个CAN节点可以接收五种不同的CAN消息,每10毫秒接收一次,另一个CAN节点每100毫秒接收一个CAN消息。这些明显的差异导致了两个基本CAN控制器架构:一个完整的CAN控制器和一个基本CAN控制器。

集成

无论CAN控制器的类型,CAN控制器可以集成到微控制器中,也可以作为独立的芯片(如图所示),在这种情况下,微控制器将视CAN控制器为存储芯片。
虽然独立的CAN控制器更灵活,但集成的CAN控制器具有不需要的空间的优点,而微控制器与CAN控制器之间的通信是更快和更可靠的。

5. CAN收发器

总线连接

以前，CAN控制器通常通过离散电路连接到通信媒体(CAN总线)。但现在，CAN接收器可以处理总线连接.CAN接收机有两个主线:一个用于连接CAN高信号线(CANH),另一个用于连接CAN低信号线(CANL)。这是因为CAN使用对称物理信号传输来满足电磁兼容性,CAN网络中的物理传输介质由两条线组成(非屏蔽的双线)。

高/低速率

通常，高速CAN发射器和低速CAN发射器的物理平衡不同,支持的数据传输速度也不同。高速CAN接收器支持最大1Mbit/s的带宽。低速CAN接收器只支持125kbit/s。然而,低速CAN接收器可以确保总线接口的容错布局(例如:两个通信线中的一个故障不能导致完全的通信故障。

收发器布局

CAN发射器布局图显示了高速CAN发射器的基本布局。当两个输出晶体管关闭时,CANH和CANL具有相同的电位(0.5*Vcc),且差分电压为零。当两个晶体管导出时,当负载阻抗变化时,CANH和CANL之间的差压产生。根据ISO11898-2的规定,该差分应为2V。因此，它产生大约35mA的电流。

抗噪能力

通常，CAN接收器的电磁辐射极低,并具有广泛的共建范围,它具有很高的噪音阻力。此外，现有CAN接收器可提供最大8kVESD(电静放电,防静电）保护。虽然CAN接收器在某些应用中具有很高的共模性抑制,然而,在输出附近插入一个共修改短路(CMC)仍然有助于进一步减少辐射。

限制

ISO 11898指定了最大32个CAN节点。事实上,最大CAN节点的数量很大程度上取决于使用CAN接收器的性能以及CAN网络的高速或慢速。
例如,如果TJA1050高速CAN接收器在高速CAN网络中使用,则可以在一个CAN网络中连接到110个CAN节点。

6. CAN 巴士平行

总线连接

CAN网络中的物理信号是基于差分信号的,而具体的差分电压取决于所使用的总线接口。 高速CAN总线接口(ISO 11898-2)和低速CAN总线接口(ISO 11898-3)不同。

电压等级

在ISO11898-2中,逻辑“1”相对应的差分电压0V,逻辑“0”表示2V的电压差。高速CAN接收器将超过0。 9V的差压是共建范围内的主导电压(通常介于12V和12V)。它低于零.5V的差价电压被认为是 recessive电解体。阻尼电路增强了对干扰电压的阻尼.
在ISO 11898-3中，逻辑“1”对应差分电压-5V，逻辑“0”表示2V的电压差。
"高速CAN总线级别"图和"低速CAN总线级别"图说明不同CAN总线之间的电压关系。

7.CAN总线逻辑

显性/隐性

CAN网络的通信平稳性(特别是访问、故障指令和响应)的基本前提是,可见和静态电缆之间存在明显的差异。 线的可见排列与逻辑“0”相符,线的隐形排列与逻辑“1”相符。
当不同的CAN节点同时发送可视和可视总线电时,CAN总线将显示可视总线电位。 只有当所有CAN节点发送可视电位时,CAN总线才能显示可视总线电位。

与逻辑

逻辑上讲,上述的行为是逻辑的。 物理上讲,逻辑上讲,电路由一系列电极实现。

8. 通信原理

事件驱动

CAN网络基于多域架构和总线类型拓扑的原因在于每个CAN节点可以向CAN总线发送消息。 CAN消息的传输不遵循任何预定的时间序列,而是由事件驱动。
在传输信息时,通信通道处于繁忙状态,因此CAN节点可以非常快速地访问总线。 理论上,在CAN网络中实现毫秒实时数据传输是完全可能的,因为它能够迅速响应异步事件,并且具有最大1Mbit/s的频率。

收件人选择地址

在CAN网络中，接收者选择的地址防止了公共汽车节点之间的依赖.这提高了配置的灵活性: CAN消息被广播,网络中的所有CAN节点都可以接收所有CAN消息。每个节点都有一个滤波器,可以使用消息的ID来筛选实际需要的CAN消息。虽然这会增加开销，然而,它可以在修改CAN网络的情况下集成其他CAN节点。

CAN通信

“典型的CAN通信”图表显示了典型的通信序列,包括构成CAN网络的基础的通信矩阵,以及最终接收和发送条件。

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