入門知識分享之CAN總線

　　三、CAN總線的原理介紹

　　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。

　　四、CAN總線的特點

　　CAN具有十分優越的特點，使人們樂于選擇。這些優越的特點包括：

　　（1）它是一種多主總線，即每個節點機均可成為主機，且節點機之間也可進行通信。

　　（2）網絡各節點之間的數據通信實時性強。CAN總線構成的網絡各節點之間的數據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。

　　（3）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1Mb/s.

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

　　（5）CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，雨代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點是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，這種數據塊編碼方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分步式控制中非常重要。

　　（6）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，從而倮證了通信的實時性。

　　（7）CAN協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理作用，保證了數據通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設計，特別適合工業設各測控單元互連。因此備受工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。

　　五、CAN與其它通信方案的比較

　　CAN總線與其它通信網的不同之處在于：

　　一是報文傳送中不包含目標地址，它是以全網廣播為基礎。各接收站根據報文中反映數據性質的標識符過濾報文，該收的收下，不該收的丟棄。其好處是可在線上網下網、即插即用和多站接收；

　　二是特別強化了對數據安全性的關注，滿足控制系統及其它較高數據要求的系統需求。

　　在實踐中，有兩種重要的總線分配方法：按時間表分配和按需要分配。在第一種方法中，不管每個節點是否申請總線，都對每個節點按最大期間分配。由此，總線可被分配給每個站并且是唯一的站，而不論其是立即進行總線存取或在一特定時間進行總線存取。這將保證在總線存取時有明確的總線分配。在第二種方法中，總線按傳送數據的基本要求分配給一個站，總線系統按站希望的傳送分配。因此，當多個站同時請求總線存取時，總線將終止所有站的請求，這時將不會有任何一個站獲得總線分配。為了分配總線，多于一個總線存取是必要的。

　　CAN實現總線分配的方法，可保證當不同的站申請總線存取時，明確地進行總線分配。這種位仲裁的方法可以解決當兩個站同時發送數據時產生的碰撞問題。不同于Ethernet網絡的消息仲裁，CAN的非破壞性解決總線存取沖突的方法，確保在不傳送有用消息時總線不被占用。甚至當總線在重負載情況下，以消息內容為優先的總線存取也被證明是一種有效的系統。雖然總線的傳輸能力不足，所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來處理。在CSMA/CD這樣的網絡中，如Ethernet,系統往往由于過載而崩潰，而這種情況在CAN中不會發生。

　　總而言之，現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。