嵌入式硬件之CAN总线

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CAN简介

• 与IIC，SPI不同，是异步通信，不需要时钟线，对芯片内时钟要求比较高。
• 与UART不同，CAN是半双工的，UART可以同时接受和发送，但是CAN却不行，由于是差分信号CAN_H与CAN_L。
• 物理层分为开环总线和闭环总线两种，开环适合于长距离低速通信，闭环适合于短距离告诉通信。

+ 与UART IIC SPI不一样，CAN不是点对点通信，不区分设备地址，也没有片选啥的，其实只要在CAN总线上的设备，都可以接收总线上所有的数据帧。
+ CAN控制器出来的引脚是CAN_TX 、CAN_RX，经过收发器后变为CAN_H 、CAN_L差分信号。

CAN物理层

• CAN的逻辑信号（因为涉及到仲裁协议，是线与的关系，所以0是显性电平）
  逻辑1（隐性电平）：CAN_H - CAN_L = 0v
  逻辑0（显性电平）：CAN_H - CAN_L = 2v

• CAN的波特率和同步
  与串口类似，由于是异步通信必定会涉及到波特率，波特率不仅跟CAN的控制器配置有关系，还跟SOC片上时钟有关系
  特别的是CAN还有个位同步的机制，很好地抗干扰，吸收误差，实现对总线电平的正确采样。
  因为通信涉及到总线电平采样，还由于是异步通讯，更是依赖于时钟。

• CAN位同步
  CAN一个位时序分解成为SS、PBS1、PBS2段，电平采样发生在PBS1、PBS2之间，SS段占1个Tq，PBS1与PBS2长度是根据接收时序动态变化的。

CAN协议层

当CAN通讯的时候需要对数据，命令以及同步信号进行打包，打包后的内容称为报文。

有很多格式、用途的帧：
数据帧：用于节点想歪传输数据
遥控帧：用于向远端节点请求数据
错误帧：用于向远端节点通知校验错误，请求重发
过载帧：用于通知远端节点，本节点尚未做好接收准备
帧间隔：将数据帧、遥控帧与前面的帧间隔开来

其实还可以按标准帧和扩展帧来区分每一帧。

数据帧的帧结构

其中数据帧最为复杂

标准帧

• SOF：起始位以一个显性位（逻辑0）开始
• 仲裁段：主要包括11位的ID帧号（包含帧的优先级，紧急程度，类型等信息）和一位的RTR位，主要用来区分遥控帧（RTR = 1）和数据帧（RTR = 0），所以数据帧优先级比遥控帧要高。
• 控制段：包括1位IDE段，标识符扩展位，显性的话为标准格式，隐性为扩展格式
  和1位r0保留位和4位DLC数据长度段。
• 数据段：就是需要传输的数据，长度为字节
• CRC段：15位CRC序列，根据前面这些数据计算校验15位校验，一般由硬件自动完成。
  和1位CRC界定符，为隐性电平，将CRC与后面ACK隔开。
• ACK段：1位ACK槽 + 1位ACk界定符。ACK槽发送点是隐性的，而接收点发送应答的时候是显性的，ACK界定符将ACK位和帧结束位间隔开来
• 帧结束段：以7位隐性电平表示帧结束。

扩展帧

• SOF：起始位以一个显性位（逻辑0）开始
• 仲裁段：主要包括11位的ID帧号（包含帧的优先级，紧急程度，类型等信息）和一位的SRR位（默认隐性），1位IDE位（区分标准帧和扩展帧）和18位扩展ID号和RTR帧（数据遥控帧区分）
• 控制段：包括2位r1,r0保留位和4位DLC数据长度段。
• 数据段：就是需要传输的数据，长度为字节
• CRC段：15位CRC序列，根据前面这些数据计算校验15位校验，一般由硬件自动完成。
  和1位CRC界定符，为隐性电平，将CRC与后面ACK隔开。
• ACK段：1位ACK槽 + 1位ACk界定符。ACK槽发送点是隐性的，而接收点发送应答的时候是显性的，ACK界定符将ACK位和帧结束位间隔开来
• 帧结束段：以7位隐性电平表示帧结束。