芯耀
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1.1 基础概念
CAN的全称是Controller Area Network，译为控制器区域网络，是一种用于车辆、电力系统、工业设备等嵌入式系统的半双工异步串行通信协议和物理接口。CAN是一种事件驱动的通信协议，采用非主从结构，所有节点都可以发送和接收数据，而不需要主控节点。它支持多主机通信，具有优先级和冲突解决机制，能够实现高效的数据传输。CAN只需要两根信号线，这两根信号线通常采用的是双绞线，且传输的是差分信号，以差分信号传输信息具有抗干扰能力强，有效抑制外部电磁干扰的优点。
1.2 工作原理
CAN通信的工作原理依赖于CAN接口的核心组件，包括CAN控制器、CAN收发器和CAN总线。CAN收发器的作用是将普通信号转化为差分信号，以提高抗干扰能力和输出可靠性。CAN 总线的工作电压通常为5V或3.3V，但通信的关键在于CAN_High和CAN_Low两根总线间的电压差。
CAN 协议经过 ISO 标准化后有两个标准：ISO11898标准和ISO11519-2标准；其中标准ISO 11519-2-1994已经被ISO 11898-3-2006 代替,即符合标准ISO 11898-3的产品也是符合ISO 11519-2标准的产品；ISO11898-2-2016更新并替代了ISO11898-2:2003，ISO11898-5:2007和ISO11898-6:2013)。ISO11898标准和ISO11519-2标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同，两个标准间的差异如下
| 物理层 | ISO 11898(High speed) | IS 11519-2(low speed) | ||||||||||
| 通信速率 | 最高1Mbps | 最高125kbps | ||||||||||
| 总线最大长度 | 40m/1Mbps | 1km/40kps | ||||||||||
| 连接单元数 | 最大30 | 最大20 | ||||||||||
| 信号 | 隐性 | 显性 | 隐性 | 显性 | ||||||||
| 最小 | 典型 | 最大 | 最小 | 典型 | 最大 | 最小 | 典型 | 最大 | 最小 | 典型 | 最大 | |
| CAN_High
(V) |
2 | 2.5 | 3 | 2.75 | 3.5 | 4.5 | 1.6 | 1.75 | 1.9 | 3.85 | 4 | 5 |
| CAN_Low
(V) |
2 | 2.5 | 3 | 0.5 | 1.5 | 2.25 | 3.1 | 3.25 | 3.4 | 0 | 1 | 1.15 |
| 电位差（V） | -0.5 | 0 | 0.05 | 1.5 | 2 | 3 | -0.3 | -1.5 | - | 0.3 | 3 | - |
当CAN收到一个低电平信号，CAN_High输出3.5V，CAN_Low输出1.5V，两者的电压差是2V，此时表示逻辑0，也称显性电平。
当CAN收到一个高电平信号，CAN_High和CAN_Low输出均为2.5V，电压差是0V，此时表示逻辑1，也称隐性电平。
为满足不同通信需求，CAN协议定义了多种帧类型，包括数据帧、远程帧、错误帧、过载帧、帧间隔等。数据帧用于传输数据，包含实际的有效数据内容；远程帧用于请求数据，没有数据部分，只发送标识符和长度信息；错误帧用于指示总线上的错误，帮助进行错误处理；过载帧用于指示总线过载，帮助管理数据流；帧间隔是两帧之间的时间间隔，用于确保帧的正确传输，避免帧冲突。其中最常见的帧类型是数据帧，分为标准数据帧和扩展数据帧。
标准数据帧格式及字段组成如下：
| 字段 | 作用 |
| SOF(起始位) | 数据帧的开始标识，固定为0,用于时钟同步 |
| Arbitration(仲裁域) | 标识符：11位，用于标识数据帧的优先级和来源，有唯一性
RTR：标识数据帧和远程帧，数据帧时为0，远程帧时为1 |
| Control(控制域) | IDE：标识标准帧和拓展帧，标准帧为0，扩展帧为1
RB0：预留位 DLC：表示数据字段的字节数(0到8字节) |
| Data(数据字段) | 实际传输的数据，最多8个字节 |
| CRC(校验码) | 错误检验，验证数据完整性 |
| ACK(确认位) | ACK确认槽：用于确认数据是否正确接收，发送端该位为１，接收端接收成功后该位置０，否则保留１
ACK界定位：固定为1的分隔符，标识确认槽的结束 |
| EOF(结束标志) | 7位都是逻辑1，表示数据帧传输结束 |
扩展数据帧格式及字段组成如下：
| 字段 | 作用 |
| SOF(起始位) | 数据帧的开始标识，固定为0,用于时钟同步 |
| Arbitration(仲裁域) | 标识符：29位，用于扩展帧的标识符，包括11位标准标识符和18位扩展标识符；
SRR：仅用于扩展帧，固定为1 RTR：标识数据帧和远程帧，数据帧时为0，远程帧时为1 IDE：标识标准帧和拓展帧，标准帧为0，扩展帧为1 |
| Control(控制域) | RB0：预留位
RB1：预留位 DLC：表示数据字段的字节数(0到8字节) |
| Data(数据字段) | 实际传输的数据，最多8个字节 |
| CRC(校验码) | 错误检验，验证数据完整性 |
| ACK(确认位) | ACK确认槽：用于确认数据是否正确接收，发送端该位为１，接收端接收成功后该位置０，否则保留１
ACK界定位：固定为1的分隔符，标识确认槽的结束 |
| EOF(结束标志) | 7位都是逻辑1，表示数据帧传输结束 |
在正常工作时CAN总线上可能会挂载很多设备，如果两个设备同时发送信息，就会发生冲突，为了避免总线冲突，需由总线仲裁机构合理地控制和管理系统中需要占用总线的申请者，在多个申请者同时提出总线请求时，以一定的优先算法仲裁哪个应获得对总线的使用权。只有获得了总线控制权的设备，才能开始传送数据。
报文的优先级，是通过对 ID（识别码） 的仲裁来确定的。CAN总线上有两种电平状态，如果总线上同时出现显性电平和隐性电平，总线的状态会被置为显性电平,CAN正是利用这个特性进行仲裁。
1.3 类型分类
以上介绍的都是关于标准CAN的内容，此外还有一种CAN FD，它的全称是Flexible Data Rate，译为可变速率的CAN。CAN和CAN FD是两种不同的总线标准，它们都是基于CAN技术实现的，但它们之间有明显的区别。CAN是一种多点总线，它可以用于连接许多设备，而CAN FD是一种更高级的多点总线，它可以提供更高的传输速率和更高的传输容量。
CAN和CAN FD之间最大的区别在于传输容量。CAN的最大传输容量为8字节，而CAN FD的最大传输容量可以达到64字节。这意味着CAN FD可以提供更多的数据，因此可以传输更大的数据包，从而更好地满足应用需求。
另一个不同点是传输速率。CAN的最大传输速率为1 Mbps，而CAN FD的最大传输速率可以达到8 Mbps。
