CAN通信协议
CAN简介
CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN 通信协议。此后，CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。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 协议具有以下特点：
1） 多主控制。 在总线空闲时，所有单元都可以发送消息（多主控制），而两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier以下称为ID）决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。
2） 系统的柔软性。 与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。
3） 通信速度较快，通信距离远。最高1Mbps（距离小于40M），最远可达10KM（速率低于5Kbps）。
4） 具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。 所有单元都可以检测错误（错误检测功能），检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能），正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。
5） 故障封闭功能。 CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。
6） 连接节点多。 CAN总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。正是因为 CAN 协议的这些特点，使得 CAN 特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。
CAN 协议经过 ISO 标准化后有两个标准：ISO11898 标准（高速 CAN）和 ISO11519-2 标准（低速CAN）。其中 ISO11898 是针对通信速率为125Kbps~1Mbps 的高速通信标准，而 ISO11519-2 是针对通信速率为 125Kbps 以下的低速通信标准。
本章，我们使用的是 ISO11898 标准，也就是高速 CAN，其拓扑图如图 37.1.1.1 所示。
从上图可知，高速 CAN 总线呈现的是一个闭环结构，总线是由两根线 CAN_High 和CAN_Low 组成，且在总线两端各串联了 120Ω的电阻（用于阻抗匹配，减少回波反射），同时总线上可以挂载多个节点。每个节点都有 CAN 收发器以及 CAN 控制器，CAN 控制器通常是MCU 的外设，集成在芯片内部；CAN 收发器则是需要外加芯片转换电路。CAN 类似 RS485 也是通过差分信号传输数据。根据 CAN 总线上两根线的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。这是属于物理层特征，ISO11898物理层特性如图 37.1.1.2 所示：
从该特性可以看出，显性电平对应逻辑 0，CAN_H 和 CAN_L 之差为 2V 左右。而隐性电平对应逻辑 1，CAN_H 和 CAN_L 之差为 0V。在总线上显性电平具有优先权，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平（显性电平比隐性电平更强）
CAN电路设计
TJA1050 CAN电路设计
TJA1050 供电采用5V供电，有些CAN收发器采用的3.3V供电，可直接连接至MCU。
建议在CAH_H和CAN_L之间添加共模电感，抑制共模噪声。在对外连接器上需要添加TVS管，防止静电损坏内部电子元器件。建议将120Ω电阻差分为两个60Ω电阻，中间连接一个4.7nF对地电容，能有效滤除信号中干扰。
ISO1042BQDWVRQ1 隔离CAN电路设计
隔离CAN电路能将板载与CAN总线完全隔离，但是需要注意的是电源部分也需要进行隔离。
不使用CAN收发器通信
经常会有这样的一种使用场景：同一板载上两个MCU之间进行CAN通信。此时，我们就会考虑能否直接将CAN_TX连接至CAN_RX,CAN_RX连接至CAN_TX(见下图)？答案是否定的。
CAN_RX需要去监听CAN_TX的状态，我们不能简单的直接这样互联。对于CAN通信的每个节点，可以通过一个二极管实现CAN_RX对CAN_TX的监听，具体的电路如下：
这种通信方式亲测可用，但是还是不建议使用。
CAN帧格式
CAN总线以“帧”形式进行通信。CAN协议定义了5种类型的帧：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、间隔帧。
| 帧类型 | 帧作用 |
|---|---|
| 数据帧（Data Frame） | 用于发送单元向接收单元传输数据的帧 |
| 遥控帧（Remote Frame） | 用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧 |
| 错误帧（Error Frame） | 用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧 |
| 过载帧（Overload Frame） | 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧 |
| 间隔帧（Inter Frame Space） | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧 |
其中数据帧最为常用，其他帧可以不管。数据帧一般由 7 个段构成，即：
帧起始。表示数据帧开始的段。
仲裁段。表示该帧优先级的段。
控制段。表示数据的字节数及保留位的段。
数据段。数据的内容，一帧可发送 0~8 个字节的数据。
CRC 段。检查帧的传输错误的段。
ACK 段。表示确认正常接收的段。
帧结束。表示数据帧结束的段。
图中 D 表示显性电平，R 表示隐形电平。
帧起始，这个比较简单，标准帧和扩展帧都是由 1 个位的显性电平表示帧起始。
仲裁段，表示数据优先级的段，标准帧和扩展帧格式在本段有所区别。
标准格式的 ID 有 11 个位。禁止高 7 位都为隐性（禁止设定：ID=1111111XXXX）。扩展格式的 ID 有 29 个位。基本 ID 从 ID28 到 ID18，扩展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和标准格式的 ID 相同。禁止高 7 位都为隐性（禁止设定：基本 ID=1111111XXXX）。
其中 RTR 位用于标识是否是远程帧（0，数据帧；1，远程帧），IDE 位为标识符选择位（0，使用标准标识符；1，使用扩展标识符），SRR 位为代替远程请求位，为隐性位，它代替了标准帧中的 RTR 位。
控制段，由 6 个位构成，表示数据段的字节数。标准帧和扩展帧的控制段稍有不同。
上图中，r0 和 r1 为保留位，必须全部以显性电平发送，但是接收端可以接收显性、隐性及任意组合的电平。DLC 段为数据长度表示段，高位在前，DLC 段有效值为 0~ 8，但是接收方接收到 9~ 15 的时候并不认为是错误。
数据段，该段可包含 0~8 个字节的数据。从最高位（MSB）开始输出，标准帧和扩展帧在这个段的定义都是一样的。
CRC 段，该段用于检查帧传输错误。由 15 个位的 CRC 顺序和 1 个位的 CRC 界定符（用于分隔的位）组成，标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。
ACK 段，此段用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 个位组成。标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。
发送单元的 ACK，发送 2 个位的隐性位，而接收到正确消息的单元在 ACK 槽（ACK Slot）发送显性位，通知发送单元正常接收结束，这个过程叫发送 ACK/返回 ACK。发送 ACK 的是在既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到正常消息的单元（发送单元不发送 ACK）。所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、CRC 错误的消息。
帧结束，这个段也比较简单，标准帧和扩展帧在这个段格式一样，由 7 个位的隐性位组成。
波形实例
标准数据帧，报文ID为0x555，数据长度1字节，数据内容为0xAA
标准数据帧，报文ID为0x666，数据长度2字节，数据内容为0x12, 0x34
扩展数据帧，报文ID为0x0789ABCD，数据长度1字节，数据内容为0x56
标准遥控帧，报文ID为0x088，数据长度1字节，无数据内容
原文地址：https://blog.csdn.net/qlexcel/article/details/143720365
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