控制器區域網絡

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控制器區域網絡(Controller Area Network,CAN)

　　控制器區域網絡是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，並最終成為國際標準（ISO11898），是國際上應用最廣泛的現場匯流排之一。在北美和西歐，CAN匯流排協議已經成為汽車電腦控制系統和嵌入式工業控制區域網的標準匯流排，並且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。

　　CAN匯流排是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串列數據通信協議，它是一種多主匯流排，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率最高可達1Mbps。

　　1.完成對通信數據的成幀處理

　　CAN匯流排通信介面中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、迴圈冗餘檢驗、優先順序判別等項工作。

　　2.使網路內的節點個數在理論上不受限制

　　CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。採用這種方法的優點可使網路內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識符可由11位或29位二進位數組成，因此可以定義2或2個以上不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分散式控制系統中非常有用。數據段長度最多為8個位元組，可滿足通常工業領域中控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個位元組不會占用匯流排時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協議採用CRC檢驗並可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業過程監控設備的互連，因此，越來越受到工業界的重視，並已公認為最有前途的現場匯流排之一。

　　3.可在各節點之間實現自由通信

　　CAN匯流排採用了多主競爭式匯流排結構，具有多主站運行和分散仲裁的串列匯流排以及廣播通信的特點。CAN匯流排上任意節點可在任意時刻主動地向網路上其它節點發送信息而不分主次，因此可在各節點之間實現自由通信。CAN匯流排協議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟，控制的晶元已經商品化，性價比高，特別適用於分散式測控系統之間的數通訊。CAN匯流排插卡可以任意插在PCATXT兼容機上，方便地構成分散式監控系統。

　　4.結構簡單

　　只有2根線與外部相連，並且內部集成了錯誤探測和管理模塊。

　　5.傳輸距離和速率

　　CAN匯流排特點：(1)數據通信沒有主從之分，任意一個節點可以向任何其他（一個或多個）節點發起數據通信，靠各個節點信息優先順序先後順序來決定通信次序，高優先順序節點信息在134μs通信;(2)多個節點同時發起通信時，優先順序低的避讓優先順序高的，不會對通信線路造成擁塞;(3)通信距離最遠可達10KM(速率低於5Kbps)速率可達到1Mbps(通信距離小於40M）；（4)CAN匯流排傳輸介質可以是雙絞線，同軸電纜。CAN匯流排適用於大數據量短距離通信或者長距離小數據量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節點平等的現場中使用。

　　CAN屬於現場匯流排的範疇，它是一種有效支持分散式控制或實時控制的串列通信網路。較之許多RS-485基於R線構建的分散式控制系統而言，基於CAN匯流排的分散式控制系統在以下方面具有明顯的優越性：

　　1.網路各節點之間的數據通信實時性強

　　首先，CAN控制器工作於多種方式，網路中的各節點都可根據匯流排訪問優先權（取決於報文標識符）採用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向匯流排發送數據，且CAN協議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數據進行編碼，這可使不同的節點同時接收到相同的數據，這些特點使得CAN匯流排構成的網路各節點之間的數據通信實時性強，並且容易構成冗餘結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統的實時性、可靠性較差；

　　2.開發周期短

　　CAN匯流排通過CAN收發器介面晶元82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理匯流排相連，而CANH端的狀態只能是高電平或懸浮狀態，CANL端只能是低電平或懸浮狀態。這就保證不會在出現在RS-485網路中的現象，即當系統有錯誤，出現多節點同時向匯流排發送數據時，導致匯流排呈現短路，從而損壞某些節點的現象。而且CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使匯流排上其他節點的操作不受影響，從而保證不會出現象在網路中，因個別節點出現問題，使得匯流排處於“死鎖”狀態。而且，CAN具有的完善的通信協議可由CAN控制器晶元及其介面晶元來實現，從而大大降低系統開發難度，縮短了開發周期，這些是僅有電氣協議的RS-485所無法比擬的。

　　3.已形成國際標準的現場匯流排

　　另外，與其它現場匯流排比較而言，CAN匯流排是具有通信速率高、容易實現、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現場匯流排。這些也是CAN匯流排應用於眾多領域，具有強勁的市場競爭力的重要原因。

　　4.最有前途的現場匯流排之一

　　CAN即控制器區域網絡，屬於工業現場匯流排的範疇。與一般的通信匯流排相比,CAN匯流排的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由於其良好的性能及獨特的設計，CAN匯流排越來越受到人們的重視。它在汽車領域上的應用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車製造廠商，如BENZ（賓士）、BMW（寶馬）、PORSCHE（保時捷）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）和JAGUAR（美洲豹）等都採用了CAN匯流排來實現汽車內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。同時，由於CAN匯流排本身的特點，其應用範圍已不再局限於汽車行業，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及感測器等領域發展。CAN已經形成國際標準，並已被公認為幾種最有前途的現場匯流排之一。其典型的應用協議有：SAEJ1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA2000等。