CAN和CANFD协议简介（上）

CAN（Controller Area Network）和CANFD（Controller Area Network Flexible Data-rate）是一种常用于汽车和工业领域的通信协议。

(相关资料图)

CAN协议最初是由德国的博世公司（Bosch）在20世纪80年代开发的，旨在解决汽车电子设备之间的通信需求。它是一种高效可靠的串行通信协议，可支持在短距离上的高速数据传输。CAN协议以事件触发的方式进行通信，允许多个设备同时参与通信，并通过优先级机制确保数据传输的实时性和可靠性。Classic CAN，传统CAN，有时也称为经典CAN或普通CAN。

随着汽车电子系统的发展和数据通信需求的增加，CANFD协议应运而生。CANFD在保持CAN协议基本特性的同时，增加了一些新的特性，主要是在数据传输速率和数据长度上的增强。相对于传统的CAN协议，CANFD支持更高的数据传输速率（最高可达到8Mbps）和更大的数据长度（最多可传输64字节的数据）。这使得CANFD能够满足对数据带宽要求更高的应用场景，如高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶领域。

平滑过渡：在一些特定的情况下CAN FD能用在仅使用传统CAN的ECU上，这样就可以逐步引入CAN FD节点，从而为OEM简化程序和降低成本。

与传统CAN相比，CAN FD可以将网络带宽提高3到8倍，效率可从50%提升到90%，从而为数据的增长提供了一种简单的解决方案。

与I2C、SPI等具有时钟信号的同步通讯方式不同，CAN通讯并不是以时钟信号来进行同步的，它是一种异步通讯，只具有CAN_High和CAN_Low两条信号线， 共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。

CAN物理层的形式主要有两种：闭环总线网络和开环总线网络。

如下所示的图中的CAN通讯网络是一种遵循ISO11898标准的高速、 短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为40m，通信速度最高为1Mbps，总线的两端各要求有一个“120欧”的电阻。

如下所示的图中的是遵循ISO11519-2标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为1km， 最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2千欧”的电阻。

下图描述了ISO11898和11519-2物理层的主要不同点。

用户需根据系统需要设定通信速度及总线长度。

差分信号又称差模信号，与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别，使用差分信号传输时，需要两根信号线，这两个信号线的振幅相等， 相位相反，通过两根信号线的电压差值来表示逻辑0和逻辑1。

CAN协议中对它使用的CAN_High及CAN_Low表示的差分信号做了规定， CAN协议标准表示的信号逻辑参见下表。

以高速CAN协议为例，当表示逻辑1时(隐性电平)，CAN_High和CAN_Low线上的电压均为2.5v， 即它们的电压差VH-VL=0V；而表示逻辑0时(显性电平)， CAN_High的电平为3.5V，CAN_Low线的电平为1.5V， 即它们的电压差为VH-VL=2V。例如，当CAN收发器从CAN_Tx线接收到来自CAN控制器的低电平信号时(逻辑0)， 它会使CAN_High输出3.5V，同时CAN_Low输出1.5V，从而输出显性电平表示逻辑0。

在CAN总线中，必须使它处于隐性电平（逻辑1）或显性电平（逻辑0）中的其中一个状态。假如有两个CAN通讯节点，在同一时间，一个输出隐性电平， 另一个输出显性电平，类似I2C总线的“线与”特性将使它处于显性电平状态，显性电平的名字就是这样来的，即可以认为显性具有优先的意味。

由于CAN总线协议的物理层只有1对差分线，在一个时刻只能表示一个信号，所以对通讯节点来说，CAN通讯是半双工的，收发数据需要分时进行。在CAN的通讯网络中，因为共用总线，在整个网络中同一时刻只能有一个通讯节点发送信号，其余的节点在该时刻都只能接收。

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