在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低功耗、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

1.2 CAN总线的优点

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

除上面所述，CAN还具备如下的优势：

（1）网络各节点之间的数据通信实时性强

首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权（取决于报文标识符）采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

（2）开发周期短

CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会再出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

（3）已形成国际标准的现场总线

另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

1.3 应用广泛

该协议的健壮性使其同样适用于自动化和工业环境中。

与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。

CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

1.4 CAN总线的发展历史

CAN总线协议距今已经发展40多年。如今，CAN总线已成为汽车（汽车、卡车、公共汽车、拖拉机等）、轮船、飞机、电动汽车电池、机械等的标准配置。

CAN之前的版本：汽车ECU采用的是复杂的点对点布线
1986年：BOSCH（博世）开发了CAN协议作为解决方案
1991年：BOSCH（博世）发布了CAN 2.0（CAN 2.0A：11位，2.0B：29位）
1993年：CAN被采用为国际标准（ISO 11898）
2003年：ISO 11898成为标准系列
2012年：博世发布了CAN FD 1.0
2015年：CAN FD协议标准化（ISO 11898-1）
2016年：CAN物理层，数据速率高达5 Mbit/s，已通过ISO 11898-2标准化

1.5 传输距离与传输速度的关系

CAN总线是一种串行数据通信总线，其通信速率最高可达1 Mb/s。

CAN系统内两个任意节点之间的最大传输距离与其位速率有关。

第2章 CAN总线的网络拓扑

2.1 总线拓扑

CAN总线是一种广播类型的总线，可支持线形拓扑、星形拓扑、树形拓扑和环形拓扑等。

CAN网络中至少需要两个节点设备才可进行通信，无法仅向某一个特定节点设备发送消息，发送数据时所有节点都不可避免地接收所有流量。但是，CAN总线硬件支持本地过滤，因此每个节点可以设置对有效的消息做出反应。

线形拓扑是在一条主干总线分出各个节点支线，其优点在于布线施工简单，接线方便，阻抗匹配规则固定，缺点是拓扑不够灵活，在一定程度上影响通讯距离，如下图所示：

2.2 星形拓扑

星形拓扑是每个节点通过中央设备连到一起，其优点是容易扩展。

缺点是一旦中央设备出故障会导致总线集体故障，而且分支线长不同，阻抗匹配复杂，可能需要通过一些中继器或集线器进行扩展，如下图所示：

2.3 树形拓扑

树形拓扑是节点分支比较多，且分支长度不同，其优点是布线方便

缺点是网络拓扑复杂，阻抗匹配困难，通讯中极易出现问题，必须加一些集线器设备，如下图所示：

2.4 环形

环形拓扑是将CAN总线头尾相连，形成环状

其优点是线缆任意位置断开，总线都不会出现问题

缺点是信号反射严重，无法用于高波特率和远距离传输，如下图所示：

第3章 CAN总线设备的硬件连接方式

3.1 单个网络节点的硬件连接框图

CAN节点通常由如下几部分组成：

CAN总线：CAN总线通过差分信号进行数据传输
CAN收发器：CAN收发器将TTL电平信号转换为差分信号，或差分信号转换为TTL电平信号。
CAN控制器：CAN控制器将TTL电平信号接收并传输给MCU
MCU：可以采用STM32、华大、瑞萨等单片机，其内部就集成了CAN控制器外设，通过配置就可实现对CAN报文（MAC层）数据的读取和发送。

3.2 多个网络节点的连接方式

虽然CAN总线可以支持多种网络拓扑，但在实际应用中比较推荐使用总线形拓扑，且在ios 11898-2中高速CAN物理层规范推荐也是总线形拓扑。

在ISO 11898-2和ISO 11898-3中分别规定了两种CAN总线结构的硬件连接方式（在BOSCH CAN2.0规范中，并没有关于总线拓扑结构的说明）。

在发送数据时，CAN控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx线发送到CAN收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low输出到CAN总线网络。

接收数据过程，相反。

采用差分信号，可以取得更好的电磁兼容效果。因此，CAN总线物理传输媒介只需要两根线。

（1）高速互联

ISO 11898-2中定义了通信速率为125Kbps～1Mbps的高速闭环CAN通信标准，当通信总线长度≤40米，最大通信速率可达到1Mbps，高速闭环CAN（高速CAN）通信如下图所示：

（2）低速互联

ISO 11898-3中定义了通信速率为10～125Kbps的低速开环CAN通信标准，当传输速率为40Kbps时，总线距离可达到1000米。低速开环CAN（低速容错CAN）通信如下图所示：

第4章 CAN总线的网络协议栈

4.1 ISO七层协议与CAN总线协议栈

4.2 CAN协议栈

CAN总线标准之规定了物理层和数据链路层，至于应用层需要用户自行定义，不同的应用领域，标准不同，有些领域的应用层是没有国际标准的。

（1）物理层和数据链路层：ISO11898； =》CAN总线标准

CAN总线与以太网总线类似，工作在物理层和MAC层。
不同的CAN标准仅物理层不同，MAC层是相同的。

（2）应用层：不同的应用领域使用不同的应用层标准。 =》非CAN总线标准，属于工业应用标准。

其典型的应用协议有：

SAE J1939/ISO11783
CANOpen
CANaerospace
DeviceNet
NMEA 2000等。

4.3 CAN总线通信模型

4.4 CAN收发器

CAN总线分高速CAN和低速CAN，收发器也分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。

低速CAN也叫Fault Tolerance CAN，指的是即使总线上一根线失效，总线依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作电平转换，CAN收发器的作用则是把TTL电平逻辑信号转换为差分信号。

4.5 CAN总线物理电气特性

在CAN总线上，利用CAN_H和CAN_L两根线上的电位差来表示CAN信号。这与以太网采用差分信号是一样的，不同的是以太网是单向的，CAN总线是双向的。

CAN 总线上的电位差分为显性电平（Dominant Voltage）和隐性电平（Recessive Voltage），其中显性电平为逻辑 0，隐性电平为逻辑 1。

（1）高速CAN总线

高速CAN总线（ISO 11898-2，通信速率为125Kbps～1Mbps）在传输显性（0）信号时，会将 CAN_H端抬向5V高电平，将CAN_L拉向0V低电平。当传输隐性（1）信号时，并不会驱动 CAN_H 或者 CAN_L 端。显性信号 CAN_H 和 CAN_L 两端差分标称电压为 2V。终端电阻在没有驱动时，将差分标称电压降回 0V。显性信号（0）的共模电压需要在 1.5V 到 3.5V 之间。隐性信号（1）的共模电压需要在+/-12V。

（2）低速CAN总线

低速/容错CAN（ISO 11898-3，通信速率为10～125Kbps）在传输显性信号（0）时，驱动CANH端抬向5V，将CANL端降向0V。在传输隐性信号（1）时并不驱动CAN 总线的任何一端。在电源电压VCC为5V时，显性信号差分电压需要大于2.3V，隐性信号的差分电压需要小于0.6V。CAN总线两端未被驱动时，终端电阻使CAN L端回归到RTH电压（当电源电压VCC为5V时，RTH电压至少为Vcc-0.3V=4.7V），同时使CAN H端回归至RTL电压（RTL电压最大为0.3V）。两根线需要能够承受-27V至40V的电压而不被损坏。

在高速和低速CAN中从隐性信号向显性信号过渡的速度更快，因为此时CAN线缆被主动积极地驱动，显性向隐性的过渡速度主要取决于CAN网络的长度和导线的电容。

4.6 CAN总线连接器

一般嵌入式中，处理器MCU的CAN接口出来的是CAN TXD和CAN RXD，一收一发。

但是实际接到CAN网络还需要收发器，收发器输出的就是差分信号了CANH和CANL，如下图所示。

以上是关于[工业互联-2]：工业有线互联总线之CAN总线的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

[工业互联-4]：工业有线互联总线之IO-Link

[工业互联-5]：工业无线互联总线之IO-Link Wireless

CAN 总线之一总线拓扑物理电平发展史详解

CAN总线学习系列之— CAN总线特点介绍

工业数字化转型 — 工业现场总线

CAN总线每帧含多少字节