詳解三大總線之CAN總線

產生與發展　　

1. CAN總線的產生與發展

控制器局部網(CAN-CONTROLLER AREA NETWORK)是BOSCH公司為現代汽車應用領先推出的一種多主機局部網，由于其高性能、高可靠性、實時性等優點現已廣泛應用于工業自動化、多種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建筑、環境控制等眾多部門。控制器局部網將在我國迅速普及推廣。

隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發展，工業控制系統已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對系統可靠性和靈活性的高要求，工業控制系統的發展主要表現為：控制面向多元化，系統面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。

分散式工業控制系統就是為適應這種需要而發展起來的。這類系統是以微型機為核心，將 5C技術--COMPUTER(計算機技術)、CONTROL(自動控制技術)、COMMUNICATION(通信技術)、CRT(顯示技術)和 CHANGE(轉換技術)緊密結合的產物。它在適應范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統和集中型計算機控制系統都具有明顯的優越性。

典型的分散式控制系統由現場設備、接口與計算設備以及通信設備組成。現場總線(FIELDBUS)能同時滿足過程控制和制造業自動化的需要，因而現場總線已成為工業數據總線領域中最為活躍的一個領域。現場總線的研究與應用已成為工業數據總線領域的熱點。盡管目前對現場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現場總線的高性能價格比將吸引眾多工業控制系統采用。同時，正由于現場總線的標準尚未統一，也使得現場總線的應用得以不拘一格地發揮，并將為現場總線的完善提供更加豐富的依據。控制器局部網 CAN(CONTROLLER AERANETWORK)正是在這種背景下應運而生的。

由于CAN為愈來愈多不同領域采用和推廣，導致要求各種應用領域通信報文的標準化。為此，1991年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發布了 CAN技術規范(VERSION 2.0)。該技術規范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術規范版本1.2中定義的CAN報文格式，能提供11位地址;而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具--數字信息交換--高速通信控制器局部網(CAN)國際標準(ISO11898)，為控制器局部網標準化、規范化推廣鋪平了道路。特點　　2. CAN總線特點

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，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。通信速率可達1MBPS。

2.1 CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作。

2.2 CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義211或229個不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分布式控制系統中非常有用。數據段長度最多為8個字節，可滿足通常工業領域中控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個字節不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業過程監控設備的互連，因此，越來越受到工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。

2.3 CAN總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節點可在任意時刻主動地向網絡上其它節點發送信息而不分主次，因此可在各節點之間實現自由通信。CAN總線協議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟，控制的芯片已經商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統之間的數通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機上，方便地構成分布式監控系統。

2.4 結構簡單，只有2跟線與外部相連，并且內部集成了錯誤探測和管理模塊。

2.5 CAN的特點如下：

CAN(Controller Area Network)總線，也稱控制器局部網，由于采用了許多新技術及獨特的設計，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點如下：

CAN是具有國際標準的現場總線。

lCAN為多主工作方式，網絡上任何一個節點均可在任意時刻主動地向 網絡上其它節點發送信息，而不分主從。

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

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出現沖突時，優先級低的節點會主動地退出發送，而優先級高的節點可以不受影響的繼續傳輸數據，從而大大節省了總線沖突的仲裁時間。尤其是網絡負載很重的情況下，也不會出現網絡癱瘓情況(以太網則可能)。

CAN節點只需通過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。

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)。

CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個。在標準幀的報文標識符有11位，而在擴展幀的報文標識符(29位)個數幾乎不受限制。

報文采用短幀格式，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低。

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。

CAN的通訊介質可以為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。

CAN節點在錯誤幀的情況下具有自動關閉輸出功能，而總線上其它節點的操作不受影響。

CAN總線具有較高的性能價格比。它結構簡單，器件容易購置，每個節點的價格較低，而且開發技術容易掌握，能充分利用現有的單片機開發工具。

CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統互聯模型基礎上的。不過，由于CAN的數據結構簡單，又是范圍較小的局域網，其模型結構只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和應用層3層，不需要其他中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向數據鏈路層寫數據。結構層次少，利于系統中實時控制信號的傳送。技術介紹　　3. CAN總線技術介紹