今天的文章是关于最重要的车载总线——CAN BUS。
汽车上的 OBD 接口，到底是啥东西？
文章目录：
一、CAN 总线是什么？
二、CAN 总线的作用？
三、CAN 总线的优点
四、CAN 总线的历史
五、CAN 总线拓扑图
- 显性和隐性
- CAN 收发器的作用
- CAN 控制器的作用
- 120Ω终端电阻
六、基本的 CAN 总线电路
一、CAN 总线是什么？
CAN 是 Controller Area Network 的简称，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，最早是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，1986 年，BOSCH 开发出面向汽车的 CAN 通信协议，后来，CAN 总线通过 ISO 11898 和 ISO 11595 进行了标准化，现在在欧洲是汽车网络的标准协议。
把汽车比如成人体，那 CAN 总线就是神经系统，电子控制单元（ECU）就是身体的一部分，身体是由多个 ECU 组成的，各个 ECU 之间通过神经系统进行通信，一个部分感知到的信息可以与另一部分共享。
CAN 的应用非常广泛，工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
二、CAN 总线的作用？
在汽车上，CAN 总线的作用就是把不同的部件连接起来，然后这些部件都执行同一套标准协议，这样的好处是兼容性高，信息可以可靠共享，并且能减少整车的线束数量。
节点可以挂很多部件
三、CAN 总线的优点
1. 简单低成本：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。
2. 完全集中：CAN 总线提供了一个接入点，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。
3. 稳定：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）。
4. 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。
四、CAN 总线的历史
CAN 总线发展很多年了。
CAN 之前版本：汽车 ECU 是复杂点对点布线。
1986 年：博世开发了 CAN 协议作为解决方案。
1993 年：CAN 被采用为估计标准（ISO 11898）
2003 年：ISO 11898 称为标准系列。
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 5Mbit/s，已通过 ISO 11898-2 标准化。
如今，CAN BUS 已成为汽车、卡车、公共汽车、拖拉机、轮船、飞机等的标准配置。
五、CAN 总线拓扑图
从拓扑图中可以看到一个 CAN 节点，主要由 CPU，CAN 控制器，CAN 收发器组成。
CAN 总线拓扑
1. 显性和隐性
CAN 总线是差分线，有 CAN_H 和 CAN_L 两根线，差分线的抗干扰能力强，外界有干扰时，几乎同时会耦合到差分线的两根线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消，图中箭头所示，虽然两根线都受到干扰，但是两者差值不变。
CAN 收发器根据 CAN_H 和 CAN_L 的差值来判断总线电平，总线电平有两种，显性电平和隐性电平，CAN2.0A/B 规定的总线 value 如下：
有人会说，为什么显性电平是逻辑 0，是因为 CAN 总线采用的"线与"的规则进行总线冲裁，在 CAN2.0 上规定了总线上同时传输显性和隐形电平时，总线是显性，即 1&0=0，所以 0 为显性。
从下图可以看到，ISO11898 的电平和 ISO11519 是不一样的，现在大多数都是和 ISO11898 一样的。下面是两个显隐性电平的区别比较，同时给出了最大最小值。
两种标准 CAN 总线电平区别
2. CAN 收发器的作用
顾名思义，收发器既可以收，也可以发，收是接收 CAN 总线上的差分数据，将数据转换为 TTL 电平，发送给控制器；发是将 CAN 控制器的 TTL 电平信号转换为差分信号进行总线数据传输。
3. CAN 控制器的作用
CAN 控制器一方面接收收发器的数据，进行解析后发送给 CPU；另一方面接收 CPU 的指令数据，然后发送给 CAN 收发器。
4. 120Ω终端电阻
高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。
对于低频信号则不用 CAN 总线两端必须连接终端电阻才可以正常工作，终端电阻应该与通讯电缆的阻抗相同，典型值为 120 欧姆，其作用是匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰性及可靠行。
终端电阻并不都是 120Ω，以下是 ISO 11898 协议的推荐值。
终端电阻取值
四、基本的 CAN 总线电路
如下就是 CAN BUS 的基本电路，因为一般节点都是和 OBD 接口相连的，ESD 保护非常重要，另一方面 120Ω并不是任何时候都需要，所以电路设计时加一个 JP1 跳接帽比较好。
必要时需要在 CAN_H 和 CAN_L 预留 RC EMI filters，用来吸收 EMI。
CAN 总线上预留 RC 吸收 EMI
今天的文章到这里就结束了。。。
后续的文章会更新 CAN 总线的软件协议部分，尽请期待。
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