MCU常见通信总线串讲（五）—— CAN总线协议

前言

首先明确一个概念，关于MCU中通信总线和通信协议，通信总线是一种用于连接各种外设和模块的物理接口，它可以传输数据和控制信息。通信协议则是指在通信总线上传输数据时所遵循的规则和约定，以确保不同设备之间能够正确地交换信息，我们也可以把他叫做通信总线协议。

系列文章，主要讲解以下几个总线协议，读者可以按需选择：

1. UART和USART
2. RS232、RS485总线
3. IIC总线
4. SPI总线
5. CAN总线
6. USB总线

一、CAN总线概述

CAN总线是控制器局域网络（Controller Area Network）的缩写，它是一种现代的通信协议和物理层总线标准，最初由德国的Bosch公司开发。CAN总线广泛应用于汽车、工业控制系统、航空航天领域以及其他需要可靠的实时通信的领域。CAN网络的消息是广播式的，即在同一时刻网络上所有节点侦测的数据是一致的，它是一种基于消息广播模式的串行通信总线。

can总线的优势： 包括高可靠性、实时性强、抗干扰能力强、通信效率高等优点。它可以支持多个节点之间的通信，并且能够在通信过程中自动进行错误检测和纠正，因此非常适合用于对通信质量要求较高的场合。

二、CAN总线物理层

CAN总线的物理层定义了在CAN总线上进行数据传输时所使用的电气和物理特性。根据CAN总线物理层的标准，有两种常见的物理层实现方式：

1. CAN高/低速物理层：CAN总线的高/低速物理层适用于不同的通信速率要求。在高速物理层中，数据传输速率可达到最高1 Mbps；而在低速物理层中，数据传输速率通常为10 Kbps或者更低。
2. 差分信号传输：CAN总线采用差分信号传输，即每个信号线都是成对出现的，一个为CAN_H（高电平），另一个为CAN_L（低电平）。这种差分传输方式可以提供较强的抗干扰能力，使得CAN总线能够在电磁干扰较强的环境中正常工作。

此外，CAN总线还有一些其他的物理层实现方式，如光纤CAN和无线CAN等。不同的应用场景可能需要不同的物理层实现方式，以满足其特定的通信需求。

三、CAN总线协议层

CAN总线协议层是指在CAN总线上进行数据传输时所采用的通信规则和协议。CAN总线协议层主要包括以下几个方面：

1. 帧格式：CAN总线使用两种不同的帧格式，分别是标准帧和扩展帧。标准帧包含11位标识符，而扩展帧包含29位标识符，允许更多的消息标识符，以支持更大规模的网络和更多的节点。
2. 通信方式：CAN总线采用基于事件的通信方式，节点之间可以根据消息的优先级进行通信，而无需主从节点的概念。这种通信方式使得CAN总线能够实现实时性较强的数据交换。
3. 错误处理：CAN总线协议层定义了一套完善的错误处理机制，包括重发机制、错误帧标识和错误状态报告等，以确保数据传输的可靠性和稳定性。
4. 数据帧和远程帧：CAN总线支持数据帧和远程帧。数据帧用于实际的数据传输，而远程帧用于请求其他节点发送特定的数据帧，从而实现数据的请求和响应。
5. 过滤和屏蔽：CAN总线协议层支持过滤和屏蔽机制，可以根据标识符对接收到的消息进行过滤和筛选，从而只处理感兴趣的消息。

最后

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