浅析CAN汽车车载网络
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【摘要】can（Controller Area Network）控制器局域网是德国Bosch公司在20世纪80年代为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。
CAN（Controller Area Network）控制器局域网是德国Bosch公司在20世纪80年代为了解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通信方式，非常适合汽车对数据实时性和可靠性的要求。目前，它实际上已成为汽车车载网络系统的主流标准。
CAN总线采用了许多新技术和独特的设计，与一般的通信总线相比有突出的可靠性。其主要特点如下：
（1）CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主从，通信方式比较灵活。
（2）CAN网络上节点信息以报文标识符划分优先等级以满足不同的实时要求。
（3）CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而优先级最高的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁的时间。
（4）CAN总线只需要通过报文滤波即可以实现点对点、一点对多点以及全局广播等几种方式传送接收数据。
（5）CAN总线采用短帧结构（每帧八个字节），传输时间短，受干扰概率小，有极好检错性。
（6）CAN的每一帧信息都有CRC检验及其他检错措施，保证数据出错率极低。
（7）CAN的通信距离最远可达到10km;通信速率可达1MB/S。
（8）CAN上的节点主要取决于总线驱动电路，目前可达110个;报文标识符可达2032种（CAB2。0A），而扩展（CAN2。0B）的报文标识符几乎不受限制。
（9）CAN通信介质可以为双绞线，同轴电缆或光纤，选择灵活。
（10）CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭功能，以使总线上其他节点的操作不受影响到。
CAN总线采用了载波侦听多路访问/冲突检测机制（CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access will Collision Detect）实现总访问。利用CAN访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时才允许发送。利用这种方法，可能允许多个节点挂接到同一个网络上。当检测到一个冲突时，所有节点重新回到“监听”总线状态，直到该冲突时间过后才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号延迟。
为了避免发送信号时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时发送时，必须通过非破坏性的逐位仲裁方法来使有最高优先权的报文优先发送。在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”，所以ID号越小，则该报文拥有的优先权越高，因此一个为全“0”标识符的报文具有总线上的最高优先权。当发现总线空闲后，如果存在两个以上的总线节点同时开始发送数据，可利用CSMA/CD以及非破坏性的逐位仲裁方法来避免消息冲突。每个节点发送它的消息标识符位，同时监测总线电平。
CAN总线中还采用多种抗干扰措施以减少消息帧在传送过程中的出错，位填充技术是其中很重要的一种技术。在CAN中的消息帧中，帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列帧段均以位填充方法进行编码。数据帧或远程帧的其余位场（CRC界定符、ACK场和帧结束）为固定形式，不进行位填充。当发送器在发送位流中检测 到5个极性相同的连续位时，它在实际发送时，自动插入一个补码位。
CAN技术应用的推广，要求通信协议的标准化。为此，1991年9月，德国Bosch公司制定并了CAN技术规范（Version2。0）。该技术规范包括了A和B两个部分。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格式。1993年11月，ISO正式颁布了道路交通工具――数据信息交换――高速通信控制器局域网（CAN）国际标准ISO11898，为控制器局域网的标准化、规范化铺平了道路。
CAN技术规范化的目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如电气特性和数据转换的解释。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据ISO/OSI参考模型，CAN细分为数据链路层、物理层。其中，数据链路层又分为逻辑链路控制子层（LLC）、媒体访问控制子层（MAC），这两个子层的功能分别对应于CAN2。0A中的目标层和传输层的相应功能。
逻辑链路控制子层的主要作用是为远程数据请求以及数据传输提供服务;确定由实际要使用的LLC子层用哪一个报文;为恢复管理和过载提供手段。媒体访问控制子层的作用主要是传送规则，也就是控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定、故障界定等。MAC子层的修改是受限制的。
物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输，它包括位定时、位编码和位同步。技术规范没有定义物理层的驱动器/接收器特性，以便允许根据在实际应用中对发送媒体和信号和电平进行优化。
值得强调的是，媒体访问控制子层是CAN协议的核心。它把接收到的报文提供给LLC子层，并接收来自LLC子层的报文。MAC子层负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。MAC子层也称作故障界定的管理实体监管。此故障界定为自检机制，以便把永久故障和短时扰动区别开来。
CAN以报文为单位进行信息传送，每一个发送数据或请求数据发送的报文均包含标识符ID，它标识该报文的优先权。CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息（如站地址）。报文标识符ID并不指出报文的目的地址，而是表述数据的类型和含义，通常这些数据的类型根据它们在控制中的重要性和实时性要求被划分。
报文传输有4个不同类型的帧。数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。过载帧：过载帧可以在先行的和后续的数据帧或远程帧之间提供附加的延时。