CAN总线介绍
需要简单实用的CAN总线介绍吗？
在本页面中，我们将为初学者解释控制器局域网（CAN 总线），包括消息解释、CAN 记录 – 以及 OBD2、J1939 和 CANopen 的联系。
虹科是一家在通讯领域，尤其是汽车电子和智能自动化领域拥有超过15年经验的高科技公司，在CAN总线技术领域已经有了超过10年的技术经验积累，并提供全面的软硬件解决方案，包括【CAN/CAN FD、LIN、车载以太网、TSN、IO-Link/IO-Link wireless、OPC UA、CANopen、PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT】等各类通讯协议的解决方案、测试方案、培训和开发服务等。
内容大纲
什么是CAN总线？
您的汽车就像人体一样：
该控制器区域网络（CAN总线）是神经系统，用于通信。
“节点”或“电子控制单元”（ECU）就像车身的一部分，通过CAN总线互连。一个部分感知到的信息可以与另一部分共享。
那么什么是ECU？
在汽车CAN总线系统中，ECU可以是例如引擎控制单元，安全气囊，音频系统等。现代汽车可能具有多达70个ECU—每个ECU可能都需要与网络的其他部分共享的信息。
这就是 CAN 标准派上用场的地方：
CAN 总线系统使每个 ECU 能够与所有其他 ECU 通信 – 无需复杂的专用接线。
具体来说，ECU可以通过CAN总线（由两条线组成，CAN低线和CAN高线）准备和广播信息（例如传感器数据）。广播的数据被 CAN 网络上的所有其他 ECU 接受，然后每个 ECU 可以检查数据并决定是否接收或忽略它。
CAN总线的优势
由于具有如下优势，所以CAN总线广泛应用于汽车，自动化，机械，轨道交通等各个方面。
简单且低成本
ECU通过单个CAN系统进行通信，而不是直接的复杂模拟信号线通信，这样减少了错误，重量，接线和成本
完全集中
CAN总线提供了“一个进入点”，可以与所有网络ECU进行通信——支持集中诊断，数据记录和配置
极其坚固
CAN总线具有强大的抗电干扰和抗电磁干扰能力，非常适合对安全要求严格的应用（例如车辆）
非常高效
通过ID对CAN帧进行优先级排序，以便优先级最高的数据可以立即访问总线，而不会引起其他帧的中断
CAN总线的未来
展望未来，CAN总线协议将保持相关性 —尽管它将受到主要趋势的影响：
- 对日益先进的车辆功能的需求
- 云计算的兴起
- 物联网（IoT）和联网车辆的增长
- 自动驾驶汽车的影响
特别是，联网汽车和云计算的增长将导致车载远程信息处理和物联网CAN记录器的快速增长。
反过来，使CAN总线“联机”也会使车辆面临安全风险 -并可能需要转向新的CAN协议。
随着车辆功能的扩展，CAN 总线上的负载也随之增加。为了支持这一点，CAN FD（灵活数据速率）被设计为“下一代”CAN 总线。
具体来说，CAN FD 具有三个优势（与传统 CAN 相比）：
- 它的数据速率高达8 Mbit/s（相对于 1 Mbit/s）
- 它允许高达64 字节的数据有效负载（相对于 8 字节）
- 它可以通过身份验证提高安全性
简而言之，CAN FD 提高了速度和效率，因此正在新型车辆中推广。这也将推动对物联网 CAN FD 数据记录仪的需求不断增长。
“第一批使用 CAN FD 的汽车将于 2019/2020 年出现，CAN FD 将逐步取代传统 CAN”
– CAN 自动化 (CiA)，“CAN 2020：CAN 技术的未来”
什么是CAN报文
CAN总线的通信是通过CAN报文完成的。
下图是带有11位标识符（CAN ID）的标准帧（CAN 2.0A），这是大多数汽车中使用的类型。
扩展的29位标识符（CAN ID）报文（CAN 2.0B）除了更长的ID外，其它部分都是相同的。它主要在重型车辆的J1939协议中使用。
注意，CAN ID和CAN Data在记录CAN总线数据时，它们非常重要，我们记录的主要就是这两部分。
- SOF：帧开始是“显性 0”，告诉其他节点 CAN 节点打算进行通信
- ID： ID 是帧标识符 – 较低的值具有较高的优先级
- RTR：远程传输请求指示节点是否发送数据或向另一个节点请求专用数据
- 控制：控制包含标识符扩展位 (IDE)，它是 11 位的“显性 0”。它还包含 4 位数据长度代码 (DLC)，指定要传输的数据字节的长度（0 到 8 个字节）
- 数据：数据包含数据字节，也称为有效负载，其中包括可以提取和解码信息的 CAN 信号
- CRC：循环冗余校验用于确保数据完整性
- ACK： ACK槽指示节点是否已确认并正确接收数据
- EOF： EOF标记CAN帧的结束
CAN 帧必须满足许多属性才能有效。如果传输了错误的 CAN 帧，CAN 节点将自动检测到并采取相应措施。这称为 CAN 总线错误处理，其中 CAN 节点跟踪自己的“CAN 错误计数器”并根据计数器更改状态（主动、被动、总线关闭）。有问题的 CAN 节点传输数据的能力因此被优雅地降低，以避免进一步的 CAN 错误和总线干扰。
如何解析CAN报文为具体的物理量？
如果查看上面的原始CAN总线数据，可能会注意到原始的CAN总线数据不可读
要对其进行解释，需要将CAN报文解析为具体的工程值，也就是物理值（km / h，degC等）
下面我们逐步展示了它是如何工作的：
总线上的每个CAN帧在CAN数据字节内都包含许多CAN信号（参数）。例如，具有特定CAN ID的CAN帧可以承载2个CAN信号的数据。
要提取CAN信号的物理值，需要以下信息：
- 位开始：信号从哪位开始
- 位长：信号长度（以位为单位）
- 偏移：偏移信号值的值
- 比例：将信号值乘以的值
要提取CAN信号，需“去除”相关的位，取十进制值并执行线性缩放：
物理值=偏移量+比例*原始值十进制
这些“转换规则”通常是专有的，不容易获得，一般车厂都会有DBC数据库文件，再结合相关软件就可以解析，比如PCAN-Explorer6。
但是，在某些情况下，存在标准化的解码数据库，例如OBD2或J1939数据。
在某些情况下，转换规则在制造商之间是标准的-例如，在重型J1939协议中。
这意味着您几乎可以在任何重型车辆上使用J1939参数转换规则来转换大部分数据。为了使其实用，您需要一种用于存储转换规则的格式。在此，CAN数据库（DBC）格式是行业标准-并受大多数CAN总线软件（包括）的支持。
我们还提供了低成本的J1939 DBC文件，您可以将其以数字下载的形式购买。这样，您就可以从原始的J1939数据快速转换为人类可读的格式。
CAN、J1939、OBD2、CANopen...之间有什么联系？
控制器区域网络提供了通信的基础-但仅此而已。
例如，CAN标准未指定如何处理大于8个字节的消息——或如何解码原始数据。
因此，存在一组标准化协议以进一步指定给定网络的CAN节点之间如何通信数据。
一些最常见的标准包括SAE J1939，OBD2和CANopen。此外，这些高层协议将越来越多地基于CAN的“下一代” CAN FD（例如CANopen FD和J1939-17 / 22）。
SAE J1939
J1939是重型车辆（例如卡车和公共汽车）的所用的标准。J1939参数（例如RPM，速度等）由SPN标识，该参数编号分组在由PG编号（PGN）标识的参数组中
SAE J1939
车载诊断（OBD，ISO 15765）是一种自诊断系统，可以报告汽车问题。OBD2指定诊断故障代码（DTC）和实时数据（例如速度，RPM），可以通过OBD2记录仪进行记录
SAE J1939
CANopen广泛用于嵌入式控制应用中，例如工业自动化。它基于CAN，这意味着CAN总线数据记录仪也能够记录CANopen数据。这是机器诊断或优化生产的关键
CAN FD
CAN FD可以认为是CAN的升级版，支持最大64个字节的数据，数据域通信速率最高可以达到12Mbit/s，具体取决于CAN收发器。这样可实现数据密集型应用，例如EV
