1.CAN網(wǎng)絡(luò)簡介

CAN的中文是控制局域網(wǎng)（Controller Area Network），與1986年由德國Bosch公司為汽車開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于汽車的檢測和控制，目的是為了適應(yīng)汽車“減少線束數(shù)量”和“通過多個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速傳輸”的需求。

2.CAN網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

CAN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn)之間采用多主通信的方式

采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀為8個字節(jié)，實(shí)時性高

報文ID值越小，優(yōu)先級越高

具有非破壞性的總線仲裁處理機(jī)制

有可靠的CRC校驗(yàn)方式，傳輸過程中出錯率極低

具有自動重發(fā)機(jī)制

節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯誤時，具有自動脫離總線的功能

最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)10km（速率在5kbps一下）

通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時通訊距離最遠(yuǎn)40m）

實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)可大110個

成本低

3.CAN物理層結(jié)構(gòu)CAN網(wǎng)絡(luò)的物理層組成如圖1所示。CAN總線有兩條傳輸線路，為CAN_H和CAN_L，在總線兩端通常需要連接終端電阻，阻值為100-130 Ω。CAN網(wǎng)絡(luò)采用差分電平傳輸數(shù)據(jù)，在ISO11898（高速CAN）中，CAN_H顯性狀態(tài)電壓約為3.5V，隱性狀態(tài)電壓約為2.5V，CAN_L在顯性和隱性狀態(tài)下的電壓則分別為1.5V和2.5V。在CAN總線上可以有許多個節(jié)點(diǎn)（ISO建議最大32個節(jié)點(diǎn)，實(shí)際最大節(jié)點(diǎn)數(shù)可根據(jù)收發(fā)器的負(fù)載能力進(jìn)行調(diào)節(jié)），每個節(jié)點(diǎn)包括Host主機(jī)，CAN控制器和CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器主要實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼流與差分信號之間的轉(zhuǎn)換，CAN控制器的作用主要是用于處理來自Host主機(jī)的數(shù)據(jù)并傳給CAN收發(fā)器。圖1 CAN網(wǎng)絡(luò)物理層結(jié)構(gòu)圖

4.CAN通信原理CAN網(wǎng)絡(luò)采用異步通信的方式，因此需要根據(jù)波特率進(jìn)行采樣，采樣原理如圖2所示。紅色箭頭則表示采樣點(diǎn)的位置，圖示采樣得到數(shù)據(jù)則為“1010 1010”。圖2 CAN通信采樣原理圖
說到采樣點(diǎn)，就需要引入位時間的概念。位時間是指每傳輸一位數(shù)據(jù)需要的時間，即位時間=1/波特率。一個位時間可以分為同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2，某個位時間每個段的時間份額如圖3所示。圖3 某個位時間的時間份額組成
CAN通信中常見的采樣點(diǎn)以及相關(guān)的參數(shù)如表1所示。不同的波特率時間對應(yīng)的采樣點(diǎn)以及位時間的份額可能不同。以波特率為500k為例，一個位時間被分成了16個時間份額，采用點(diǎn)在第14個時間份額。表1 CAN通信中常見采樣參數(shù)這里有一個問題，為什么CAN通信中，要波特率和采樣點(diǎn)要設(shè)置成一樣的呢？畫個圖就能一目了然。如圖4所示，假設(shè)采樣點(diǎn)提前20%，那么采樣的數(shù)據(jù)就會為“0101 1010”，和之前（圖2）的數(shù)據(jù)第五位就不相同了。因此，如果采樣點(diǎn)不同，就會造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越多，累積的錯誤數(shù)據(jù)位就越多。所以，在進(jìn)行CAN通信時，一定要將各節(jié)點(diǎn)的波特率和采樣點(diǎn)設(shè)置成相同的。圖4 采樣點(diǎn)提前20%的采樣示意圖5.軟件中采樣點(diǎn)的設(shè)置5.1在PCAN-View軟件中1、打開PCAN-View軟件便會有如下界面我們可以看到在connect對話框中有連接選項(xiàng)和以下設(shè)置界面，在設(shè)置界面我們可以設(shè)置時鐘頻率、波特率、總線時序等，以及在“Filter setting”欄中我們可以設(shè)置過濾器條件，用于過濾報文（標(biāo)準(zhǔn)幀/拓展幀，過濾條件為報文ID范圍）。2、點(diǎn)擊“Bus Timing Register”選項(xiàng)框后面的三角形箭頭，選擇“Manage Bit rates”，進(jìn)入Manage Bit rates對話框3、選擇“Add”，便可在右端對話框中輸入自己想要的參數(shù)，包括標(biāo)題、預(yù)分頻、時間段等參數(shù)，根據(jù)我們輸入的參數(shù)在下方的對話框中會實(shí)時顯示對應(yīng)的波特率、采樣點(diǎn)、時間量等信息，以便于我們完成對采樣點(diǎn)等信息的設(shè)置。最后點(diǎn)擊“OK”完成對采樣點(diǎn)的設(shè)置。（在之后我們?nèi)羰窍胍淖儾蓸狱c(diǎn)，我們可以點(diǎn)擊工具欄中的連接按鈕，重新進(jìn)入連接界面（“connect”界面））。
5.2 在PEAK-Explorer 5中設(shè)置采樣點(diǎn)1、打開PEAK-Explorer 5，點(diǎn)擊菜單欄中的“Tool”，在下拉菜單欄中選擇“Nets Configuration”，進(jìn)入PCAN Nets Configuration對話框2、在PCAN Nets Configuration對話框中USB菜單欄下的Internet選項(xiàng)上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“New Net”，進(jìn)入“Net Properties”對話框，在這你可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)名稱、時鐘頻率、波特率等信息。3、點(diǎn)擊波特率欄后的三個點(diǎn)，進(jìn)入Manage Bit rates對話框，后續(xù)采樣點(diǎn)的設(shè)置操作同PCAN-View中相同，這里便不再贅述。以上便是通過PCAN-View和PEAK Explorer 5兩個軟件完成對采樣點(diǎn)的設(shè)置，這兩個軟件對采樣點(diǎn)的設(shè)置可以與波特率計算工具配合使用，可以實(shí)現(xiàn)更簡潔的工作方式，提高工作效率。6.波特率計算工具的使用6.1選擇你的波特率類型如上圖，可選擇三種波特率類型，其分別為CAN、CAN FD、SJA-1000三種類型。CAN Bit Rate類型是用于實(shí)現(xiàn)對用CAN作控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)的設(shè)備的波特率仲裁類型，比如PCAN-miniPCIe。
CAN FD Bit Rate同CAN Bit Rate類似，唯一區(qū)別在于CAN FD Bit Rate是針對用CAN FD作控制器，比如PCAN-PCI Express FD。
SJA-1000 Bit Rate類型是被用于產(chǎn)自飛利浦、有著8MHz的時鐘頻率、基于SJA-1000 CAN控制器的設(shè)備，比如PCAN-USB。6.2 輸入波特率和偏移量如圖有兩個鍵入框，在第一個鍵入框中輸入要查詢的波特率和它的單位；在第二個鍵入框中輸入允許的偏移量（可選可不選），如若選擇“Allow bit rate deviation”，那么就要考慮輸入一個偏移度（容忍量），并且這近似的值將被列在結(jié)果中。如果沒進(jìn)行勾選，僅有波特率的匹配值被給出，而沒有偏移量。
6.3 選擇輸入頻率、采樣點(diǎn)和位時間如圖，第一欄是讓你選擇一個頻率去限制時鐘頻率，這將被用于計算波特率（至少選擇一個頻率）。第二欄是輸入采樣點(diǎn)范圍（可選可不選），輸入采樣點(diǎn)范圍是用于過濾采樣結(jié)果，如果不進(jìn)行勾選，將得到所有采樣點(diǎn)結(jié)果。第三欄是選擇位時間范圍（可選可不選），與第二欄功能類似，區(qū)別在于第三欄是基于位時間范圍來過濾所得結(jié)果。如果不進(jìn)行勾選，將得到所有位時間結(jié)果。6.4 點(diǎn)擊開始計算，得出所要結(jié)果在結(jié)果中我們可看到，上面的框中顯示我們已選擇的設(shè)置，下面的框中顯示計算結(jié)果。另外就是在整個流程中我們并沒用到的按鍵，其對應(yīng)的功能分別如下不同設(shè)備之間要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無誤的通信，波特率匹配是很重要的條件。波特率計算工具將簡化這一計算過程，避免了繁瑣而又復(fù)雜的公式計算，熟練掌握這一工具的使用，將大大提高我們的工作效率，降低人工計算的錯誤率。