原创 CAN总线

 2012-11-19 20:39  1043 19 19 分类: MCU/ 嵌入式文集: 单片机与ARM

什么是CAN总线
　
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

首先，CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

其次，CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。

而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

CAN (Controller Area Network)即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

CAN总线特点

1、国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高（短帧，crc校验）；

2、传输距离远（最远10Km，<5kbps时），传输速率快（最高1MHz bps，40米内）；

3、单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；

4、多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高；

5、实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时；

6、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；

7、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；

8、自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高；

9、硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制；

10、通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等；

11、CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。

（其他特点：

每帧有效数据为8字节，所以应充分使用

不是传统的地址编码而是对数据块编码）

表1 CAN总线系统任意两节鼎足之势之间的最大距离

    位速率/kbps     1000     500     250     125     100

    最大距离/m     40     130     270     530     620

    位速率/kbps     50     20     10     5     　

    最大距离/m     1300     3300     6700     10000

CAN与RS-485比较

CAN总线在通讯等全方面的性能都优于RS-485协议。其中CAN在访问机制、通讯速度、节点容量、通讯距离和可靠性上有突出的优势。在自动化各个行业，成本和技术差别较小的情况下CAN取代RS-485将是一种不可逆转的趋势。

序号	参数特性	RS-485	CAN bus	备注
1	最大通讯距离	1.2 Km	10Km
2	单个网络最大节点数量	32	110
4	实时性	低——只能轮询	高——无损仲裁，主动发送
5	网络特性	分主从	不分主从
6	通讯波特率	300～115.2K bps	5K～1M bps
7	总线利用率	低	高
8	总线节点损坏影响	致使总线瘫痪	不影响总线通讯
9	开发难度	低	低
10	扩展成本	网络越大成本增长越高	网络越大成本增长越低
11	后期维护成本	高	低