CAN总线协议架构及标准规格详解
CAN总线协议架构及标准规格详解
CAN协议是一种广泛应用于汽车电子和工业控制领域的串行通信协议，它通过ISO/OSI基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层来实现可靠的数据传输。本文将详细介绍CAN协议的基本架构及其标准规格。
CAN协议基本架构
CAN协议涵盖了ISO规定的OSI基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体结构如图1所示：
图1 ISO/OSI基本参照模型
数据链路层分为MAC子层和LLC子层，其中MAC子层是CAN协议的核心部分。数据链路层的主要功能包括消息的帧化、仲裁、应答、错误的检测或报告等，这些功能通常在CAN控制器的硬件中执行。
物理层定义了信号的实际发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。具体来说，物理层涉及信号电平、通信速度、采样点、驱动器和总线的电气特性、连接器的形态等。需要注意的是，驱动器及总线的电气特性等在博世公司的CAN规格书中没有定义，但在CAN的ISO标准（ISO11898、ISO11519-2等）中分别定义了总线及驱动器的电气特性等。
CAN协议标准规格
ISO标准化的CAN协议主要有两种标准：ISO11898和ISO11519-2。这两种标准在数据链路层的定义相同，但在物理层和传输速率上存在差异。
- ISO11898：这是通信速度为125kbps-1Mbps的CAN高速通信标准。目前，ISO11898追加新规约后，成为ISO11898-1新标准。
- ISO11519-2：这是通信速度为125kbps以下的CAN低速通信标准。ISO11519-2是ISO11519-1追加新规约后的版本。
图3表示了CAN协议和ISO11898及ISO11519-2标准的范围：
图3 ISO标准化的CAN协议
物理层的主要不同点
ISO11898和ISO11519-2在物理层的标准有所不同，主要体现在PMA层和MDI层。CAN协议的物理层如图4所示：
图4 物理层
在物理层（PMA层、MDI层），ISO11898和ISO11519-2的主要不同点如图5所示：
图5 ISO11898和11519-2物理层的主要不同点
通信速度和最大总线长度的关系如图6所示：
图6 通信速度和最大总线长度
驱动IC的选择
ISO11898与ISO11519-2的物理层的规格不同，每种规格需要有专门的驱动IC与之相对应。ISO11898及ISO11519-2所对应的主要的驱动IC如图8所示：
图8 ISO11898及ISO11519-2所对应的驱动IC
CAN和标准规格
不仅是ISO，SAE等其他组织、团体、企业也对CAN协议进行了标准化。基于CAN的各种标准规格如图9所示。面向汽车的通信协议以通信速度为准进行了分类，如图10所示：
图9 CAN协议和标准规格
图10 通信协议分类