车载测试系列：CAN协议分层网络

Posted 2022-12-04

CAN协议采用分层的设计思想：

 

物理层

差分信号

什么是物理层呢？就是CAN的电信号的传输过程。CAN是串行异步通讯，只有CAN_HIGH和CAN_LOW两条差分信号线，数据通过差分信号的方式进行通讯，其优点就是可以增加信号的抗干扰能力，抑制共模信号的干扰；

 

信号在变成一个字节一个字节的数字信号之前，就是按照这种差分形式的模拟信号来传输的。

简单理解一下，当CAN_HIGH减去CAN_LOW大于某个阈值的时候，可以把它当做逻辑高，反之，当小于某一个阈值时，就变成逻辑低。

连接方式

CAN总线支持多个节点挂载在总线上，具体如下图所示；

 

CAN总线其实没有主从的概念，每个设备都是一个节点（Node），节点直接可以相互通讯，CAN总线设置了终端电阻，常见的一种闭环连接模式，相对的还有开环的连接模式。

不同的连接模式，通讯速率也大不相同，这也是高速CAN和低速CAN的区别。

两条电线组成一条双绞线，并且接有120Ω的特性阻抗。ISO 11898-2，也称为高速度CAN。它在总线的两端均接有120Ω电阻。

使用120Ω终端电阻（这是CAN的ISO标准里规定的），最高通讯速率可达到1Mbps。

高速CAN的拓扑结构具体如下所示：

 

低速CAN，或者也叫做容错CAN，低速容错 CAN 总线将通讯最大带宽从 1 Mbps 降低到 125 Kbps，并且不再在总线的起点和终点使用两个终端电阻，而是将电阻分布在每个节点上。具体如下图所示：

 

由于高速CAN和低速CAN的拓扑结构不同，另外终端电阻的分布也不同，所以CAN_HIGH和CAN_LOW上的电平是不相同的，这里有隐性电平和显性电平。

显性电平用逻辑“0”表示，隐性电平用逻辑“1”表示。总线按照线与机制对总线上任一潜在的冲突进行仲裁，显性电平覆盖隐性电平，即只有总线上所有单元都输出隐性电平时，总线上才为隐性电平。

CAN使用差分电压传送（CAN_H、CAN_L），电位差Vdiff=CAN_H-CAN_L。

典型情况：

CAN总线为“隐性”（逻辑1）时，CAN_H和CAN_L的电平为2.5V（电位差Vdiff为0V）；

CAN总线为“显性”（逻辑0），CAN_H和CAN_L的电平分别是3.5V和1.5V（电位差Vdiff为2.0V左右）。

CAN节点

CAN节点通常分为三个部分；

• MCU/CPU；
• CAN控制器，
• CAN收发器；

 

• CAN总线上通过差分信号进行数据传输；
• CAN收发器将差分信号转换为TTL电平信号，或者将TTL电平信号转换为差分信号；
• CAN控制器将TTL电平信号接收，并传输给MCU；

小结：

物理层：硬件拓扑结构，包括高速CAN和低速CAN，CAN收发器属于物理层；

传输层：CAN控制器所需做的事情，包括CAN时序，同步，消息仲裁、确认，错误检验等；

对象层：MCU属于这一层，需要对CAN消息做信息的过滤设置，CAN消息的处理等；

应用层：基于对象层的进一步封装，例如汽车诊断ISO14229定义的UDS等；

作者： ​​千里和他的软件测试​​