依照瑞薩公司的《CAN入門書》的組織思路來學習CAN通訊的相關知識，並結合網上相關資料以及學習過程中的領悟整理成筆記。好記性不如爛筆頭，加油！

1 CAN的一些基本概念

1.1 什麼是CAN匯流排

CAN 是 Controller Area Network 的縮寫，是 ISO 國際標準化的序列通訊協議。通俗來講，CAN匯流排就是一種傳輸資料的線，用於在不同的ECU之間傳輸資料。
CAN匯流排有兩個ISO國際標準：ISO11898 和 ISO11519。其中：

• ISO11898 定義了通訊速率為 125 kbps～1 Mbps 的高速 CAN 通訊標準，屬於閉環匯流排，傳輸速率可達1Mbps，匯流排長度 ≤ 40米。
• ISO11519 定義了通訊速率為 10～125 kbps 的低速 CAN 通訊標準，屬於開環匯流排，傳輸速率為40kbps時，匯流排長度可達1000米。
  

  Tips: <匯流排的傳輸速率>：又稱為匯流排的通訊速率，指的是位速率。或稱為位元率（和波特率不是一回事），表示的是：單位時間內，通訊線路上傳輸的二進位制位的數量，其基本單位是 bps 或者 b/s (bit per second)。

1.2 CAN的拓撲結構

下圖中，左邊是高速CAN匯流排的拓撲結構，右邊是低速CAN匯流排的拓撲結構。

如圖中所示，CAN匯流排包括CAN_H 和 CAN_L 兩根線。節點通過CAN控制器

Tips ：通常來講，ECU內部集成了CAN控制器和CAN收發器，但是也有沒整合的，需要自己外加。

1.3 CAN訊號表示

在CAN總線上，利用CAN_H和CAN_L兩根線上的電位差來表示CAN訊號。CAN總線上的電位差分為顯性電平和隱性電平。其中顯性電平為邏輯0，隱性電平為邏輯1。
ISO11898標準（125kbps ~ 1Mbps）和ISO11519標準（10kbps ~ 125kbps）中CAN訊號的表示分別如下所示：

1.4 CAN訊號傳輸

傳送過程：
CAN控制器將CPU傳來的訊號轉換為邏輯電平（即邏輯0-顯性電平或者邏輯1-隱性電平）。CAN發射器接收邏輯電平之後，再將其轉換為差分電平輸出到CAN總線上。

• 傳送方通過使匯流排電平發生變化，將其資訊傳遞到CAN總線上。
• 接收方通過監聽匯流排電平，將總線上的訊息讀入自己的接收器。

2 CAN通訊的特點

2.1 多主工作方式

所謂多主工作方式，指的是：總線上的所有節點沒有主從之分，大家都處於平等的地位。反應在資料傳輸上，即是：在匯流排空閒狀態，任意節點都可以向總線上傳送訊息。

Tips: <匯流排空閒狀態>：當總線上的上出現連續的11位隱性電平，那麼匯流排就處於空閒狀態。也就是說對於任意一個節點而言，只要它監聽到總線上連續出現了11位隱性電平，那麼該節點就會認為匯流排當前處於空閒狀態，它就會立即向總線上傳送自己的報文。
至於為什麼連續出現11位隱性電平，就可以判定+匯流排處於空閒狀態，這個問題可以結合CAN協議的幀結構來進行理解。

在多主工作方式下：

• 最先向匯流排傳送訊息的節點獲得匯流排的傳送權；
• 當多個節點同時向匯流排傳送訊息時，所傳送訊息的優先權高的那個節點獲得匯流排的傳送權。
  例如：Node_A和Node_B同時向匯流排傳送各自的訊息Msg_1和Msg_2，如果Msg_1的優先順序比Msg_2高，那麼Node_A就獲得了匯流排的傳送權。

2.2 非破壞性位仲裁機制

在CAN協議中，所有的訊息都以固定的幀格式傳送。當多個節點同時向匯流排傳送訊息時，對各個訊息的識別符號（即ID號）進行逐位仲裁，如果某個節點發送的訊息仲裁獲勝，那麼這個節點將獲取匯流排的傳送權，仲裁失敗的節點則立即停止傳送並轉變為監聽（接收）狀態。
例如：Node_A和Node_B同時向匯流排傳送各自的訊息Msg_1和Msg_2，那麼對Msg_1的ID號ID_1和Msg_2的ID號ID_2進行逐位仲裁，如果仲裁結果是：ID_1的優先順序比ID_2高，那麼Msg_1在仲裁中獲勝，於是發出Msg_1這條報文的節點Node_A就獲得了匯流排的傳送權。同時，Msg_2在仲裁中失敗，於是Node_B就轉換到監聽匯流排電平的狀態。

這種仲裁機制既不會造成已傳送資料的延遲，也不會破壞已經發送的資料，所以稱為非破壞性仲裁機制。這種仲裁方式的實現機制參見本系列筆記的第二篇CAN協議資料幀與遙控幀中的介紹。

2.3 系統的柔性

CAN總線上的節點沒有“地址”的概念，因此在總線上增加節點時，不會對總線上已有節點的軟硬體及應用層造成影響。

2.4 通訊速度

在同一條CAN線上，所有節點的通訊速度（位速率）必須相同，如果兩條不同通訊速度總線上的節點想要實現資訊互動，必須通過閘道器。
例如：汽車上一般有兩條CAN匯流排：500kbps的驅動系統CAN匯流排和125kbps的舒適系統CAN匯流排，如果驅動系統CAN總線上的發動機節點要把自己的轉速資訊傳送給舒適系統CAN總線上的轉速錶節點，那麼這兩條匯流排必須通過閘道器相連。

2.5 資料傳輸方式

CAN匯流排可以實現一對一，一對多以及廣播的資料傳輸方式，這依賴於驗收濾波技術。驗收濾波技術的實現機制參見本系列筆記的第二篇CAN協議幀結構中的介紹。

2.6 遠端資料請求

某個節點Node_A可以通過傳送“遙控幀”到總線上的方式，請求某個節點Node_B來發送由該遙控幀所指定的報文。具體實現方式參見本系列筆記的第二篇CAN協議幀結構中的介紹。

2.7 錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復功能

• 所有的節點都可以檢測出錯誤（錯誤檢測功能）；
• 檢測出錯誤的節點會立即通知總線上其它所有的節點（錯誤通知功能）；
• 正在傳送訊息的節點，如果檢測到錯誤，會立即停止當前的傳送，並在同時不斷地重複傳送此訊息，直到該訊息傳送成功為止（錯誤恢復功能）。

2.8 故障封閉

節點能夠判斷錯誤的型別，判斷是暫時性的資料錯誤（如噪聲干擾）還是持續性的資料錯誤（如節點內部故障），如果判斷是嚴重的持續性錯誤，那麼節點就會切斷自己與匯流排的聯絡，從而避免影響總線上其他節點的正常工作。

CAN通訊的上述特點都是基於CAN協議所定義的多種幀結構來實現的，因此，在下一篇筆記對CAN的幀結構有了瞭解之後，再做進一步的詳細解釋。

3 CAN通訊網路結構

3.1 OSI基本參照模型

實際上，CAN匯流排網路底層只採用了OSI基本參照模型中的資料鏈路層、傳輸層。而在CAN網路高層僅採用了OSI基本參照模型的應用層

3.2 CAN協議網路層次

在CAN協議中，ISO標準只對資料鏈路層和物理層做了規定。對於資料鏈路層和物理層的一部分，ISO11898和ISO11519-2的規定是相同，但是在物理層的PMD子層和MDI子層是不同的。

在CAN匯流排，每一層網路中定義的事項如下：