方便灵活的CAN总线网络及应用

　　牢靠而高速的通讯
　　上述众多应用领城系统之所以采用CAN总线网络，不仅因为其成本低廉，还由于通过这种网络可进行牢靠而高速的通讯。CAN总线可采用双绞线、同轴电缆或光纤作为传输介质；它的直接通信距离最远可达10km，通信速率通信比特率可高达1Mbps(此时通信距离为40m)；总线上可挂设备数主要取决于总线驱动电路，最多可达110个。
　　CAN总线网络是一个多主机系统
　　CAN采用多主工作方式，节点之间不分主从，但节点之间有优先级之分，通信方式灵活，可实现点对点、一点对多点及广播方式传输数据，无需调度。也就是说，它可向系统中的所有节点进行报文发送广播。在这种网络中，每个节点均可滤除不需要的报文。
　　与以太网之区别
　　传统的客户机／服务器网络(如以太网)依赖于网络寻址方式将数据发送到单一节点上，如果网络中存在多个节点，则需用星形配置实现集中控制(见图1左所示集中式网络)。这种以太网络中只需较少的单片机即可执行各种不同的任务，但所使用的是MCU(多芯片单元)，通常需要有较多引脚，而且功能也更加复杂，很不方便。
　　与之相反，CAN系统中的每个节点均同时接收到同样的数据。缺省情况下，CAN是基于报文而非地址的。系统采用分布式控制实现方法集成了多节点(见图1右所示分布式网络)。这种拓扑结构的好处之一是，节点的增加和去除非常简单，对软件的影响也很小。CAN网络要求每个节点均具备智能，但智能化水平可根据节点所承载的任务进行调整。因此CAN系统中使用的单片机通常较简单并且引脚数也较少。由于使用的导线较少并且采用分散式智能，而且CAN网络还具有较高的可靠性。
　　图1进一步显示了在多任务网络中，集中式网络通常用于以太网系统，如果在系统中增加节点，则要求对系统MCU(多芯片单元)作很大的变动；而CAN网络可实现分布式网络，从系统中增加或删除节点只需改变少量的固件。

　　CAN采用的是非破坏性总线仲裁技术，按优先级发送，可以大大节省总线冲突仲裁时间
　　而以太网在于它在发送结束前进行冲突检测。而CAN在发送开始时采用冲突检测并有解决方法。当同时发送的两个或更多CAN节点在仲裁期间出现冲突时，报文优先级较低的节点会检测到冲突。随后优先级较低的节点切换到接收模式，等待下一次总线空闲才再次尝试发送。
　　仲裁成功的发送器将继续如常发送报文，由于在报文仲裁期间，模式的变更在发送的一开始就发生了，而优先级高的报文没有遭到破坏，因此系统对冲突的仲裁结果能做出更快的回应。报文标志符可达2032种，而扩展标准的报文标志符几乎不受限制。
　　目前CAN已由ISO TC22技术委员会批准为国际标准，在现场总线中，它是唯一被国际标准化组织批准的现场总线。CAN协议也遵循ISO／OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层与应用层。由Bosch公司负责编写的CAN总线网络技术规范已通过ISO和SAE标准化。完整的CAN规范标准参见ISO 11898-1。ISO 11898-2包含了CAN物理层规范。[page]
　　CAN总线上的通信结构与实现
　　CAN采用短帧结构传输，每帧有效字段为6-8个，传输时间短，受干扰的概率低。而且每帧信息都有CRC校验和其他检错措施，保证数据出错率极低。当节点严重错误时，具有自动关闭功能，使总线上其他节点不受影响。可见，CAN是所有总线中最为可靠的。

图3：基于 CAN 总线网络的病理监控系统（或远程
CAN 总线网络的病理监控系统)

图4：FCS 结构与DCS 结构之不同

　　CAN总线上的通信是通过报文帧来实现的。帧有三种类型，即数据帧、远程帧和错误帧。每一个帧内部都具备一些字段，对发送的帧类型做出定义并提供相关信息。比如，数据帧由6个字段组成，分别是：仲裁字段、控制字段、数据宇段、CRC(循环冗余校验)宇段、确认字段以及帧结束。在帧发送期间，仲裁字段被