can协议-凯发app官方网站

与 i2c、spi 等具有时钟信号的同步通讯方式不同，can 通讯并不是以时钟信号来进行同步的，它是一种异步通讯，只具有 can_high 和 can_low 两条信号线，共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。

can 物理层的形式主要有两种，图中的 can 通讯网络是一种遵循 iso11898 标准的高速、短距离“闭环网络”，它的总线{banned}最佳大长度为 40m，通信速度{banned}最佳高为 1mbps，总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻。

遵循 iso11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的{banned}最佳大传输距离为 1km，{banned}最佳高通讯速率为 125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2千欧”的电阻。

从 can 通讯网络图可了解到，can 总线上可以挂载多个通讯节点，节点之间的信号经过总线传输，实现节点间通讯。由于 can 通讯协议不对节点进行地址编码，而是对数据内容进行编码的，所以网络中的节点个数理论上不受限制，只要总线的负载足够即可，可以通过中继器增强负载。

can 通讯节点由一个 can 控制器及 can 收发器组成，控制器与收发器之间通过 can_tx 及can_rx 信号线相连，收发器与 can 总线之间使用 can_high 及 can_low 信号线相连。其中can_tx 及 can_rx 使用普通的类似 ttl 逻辑信号，而 can_high 及 can_low 是一对差分信号线，使用比较特别的差分信号，下一小节再详细说明。

当 can 节点需要发送数据时，控制器把要发送的二进制编码通过 can_tx 线发送到收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线 can_high 和 can_low 线输出到 can 总线网络。而通过收发器接收总线上的数据到控制器时，则是相反的过程，收发器把总线上收到的 can_high 及 can_low 信号转化成普通的逻辑电平信号，通过 can_rx 输出到控制器中。

例如，stm32 的 can 片上外设就是通讯节点中的控制器，为了构成完整的节点，还要给它外接一个收发器，在我们实验板中使用型号为 tja1050 的芯片作为 can 收发器。can 控制器与 can收发器的关系如同 ttl 串口与 max3232 电平转换芯片的关系， max3232 芯片把 ttl 电平的串口信号转换成 rs-232 电平的串口信号，can 收发器的作用则是把 can 控制器的 ttl 电平信号转换成差分信号 (或者相反) 。

差分信号又称差模信号，与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别，使用差分信号传输时，需要两根信号线，这两个信号线的振幅相等，相位相反，通过两根信号线的电压差值来表示逻辑 0 和逻辑 1。

相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：

? 抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

举一个例子，正常的单线假设逻辑1是3.3v，逻辑0假设是0v，但是如果有噪声，把3.3v弄成了0v(极端)，把0v弄成了-3.3v，此时就逻辑错误，但是有can高/can低一般都作用于两根线，所以两个虽然都有噪声影响，但是差值还是不变的

? 能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。

举一个例子，假设一根是10v，一根是-10v，单跟都会对外部造成电磁干扰，但是can可以把线拧在一起，跟编麻花一样，可以互相抵消电子干扰

? 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

由于差分信号线具有这些优点，所以在 usb 协议、485 协议、以太网协议及 can 协议的物理层中，都使用了差分信号传输。

由于 can 属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样，节点间使用约定好的波特率进行通讯，特别地， can 还会使用“位同步”的方式来抗干扰、吸收误差，实现对总线电平信号进行正确的采样，确保通讯正常。

为了实现位同步，can 协议把每一个数据位的时序分解成如图 所示的 ss 段、pts 段、pbs1 段、pbs2 段，这四段的长度加起来即为一个 can 数据位的长度。分解后{banned}最佳小的时间单位是 tq，而一个完整的位由 8~25 个 tq 组成。为方便表示，图 中的高低电平直接代表信号逻辑 0 或逻辑 1(不是差分信号)。

各段的作用如介绍下：

? ss 段 (sync seg)

ss 译为同步段，若通讯节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在 ss 段的范围之内，则表示节点与总线的时序是同步的，当节点与总线同步时，采样点采集到的总线电平即可被确定为该位的电平。ss 段的大小固定为 1tq。

? pts 段 (prop seg)

pts 译为传播时间段，这个时间段是用于补偿网络的物理延时时间。是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。pts 段的大小可以为 1~8tq。

? pbs1 段 (phase seg1)，

pbs1 译为相位缓冲段，主要用来补偿边沿阶段的误差，它的时间长度在重新同步的时候可以加长。pbs1 段的初始大小可以为 1~8tq。

? pbs2 段 (phase seg2)

pbs2 这是另一个相位缓冲段，也是用来补偿边沿阶段误差的，它的时间长度在重新同步时可以缩短。pbs2 段的初始大小可以为 2~8tq。

总线上的各个通讯节点只要约定好 1 个 tq 的时间长度以及每一个数据位占据多少个 tq，就可以确定 can 通讯的波特率。

例如，假设上图中的 1tq=1us，而每个数据位由 19 个 tq 组成，则传输一位数据需要时间 t1bit=19us，从而每秒可以传输的数据位个数为：1x10次方/19 = 52631.6 (bps)

这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。

波特率只是约定了每个数据位的长度，数据同步还涉及到相位的细节，这个时候就需要用到数据位内的 ss、pts、pbs1 及 pbs2 段了。根据对段的应用方式差异， can 的数据同步分为硬同步和重新同步。其中硬同步只是当存在“帧起始信号”时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，而重新同步方式可解决该问题，这两种方式具体介绍如下：

(1) 硬同步

若某个 can 节点通过总线发送数据时，它会发送一个表示通讯起始的信号 (即下一小节介绍的帧起始信号)，该信号是一个由高变低的下降沿。而挂载到 can 总线上的通讯节点在不发送数据时，会时刻检测总线上的信号。见图 ，可以看到当总线出现帧起始信号时，某节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的 ss 段范围，所以判断它自己的内部时序与总线不同步，因而这个状态的采样点采集得的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的 ss 段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步，同步后采样点就可以采集得正确数据了。