1句话，揭开CAN总线的神秘面纱

关键词：CAN总线 现场总线 仲裁 多主 帧ID

摘要：用一句话概括CAN总线的基本特征：CAN总线是一种基于“先来后到、无损仲裁”机制、多主（无主）结构、具有帧ID、应用数据最多8个字节、采用差分电平的国际标准现场总线。虽然没有面面俱到，但体现了CAN总线的重点特色，有利于对CAN总线有一个清晰的认识。

1.总述

一句话：

CAN总线是一种基于“先来后到、无损仲裁”机制、多主（无主）结构、具有帧ID、应用数据最多8个字节、采用差分电平的国际标准现场总线。

2.先来后到、无损仲裁

这是孔丙火（微信公众号：孔丙火）的一个体会。“先来后到”是指在总线空闲的时候，任何一个CAN节点都可以发起总线通信，白话就是都可以发送数据，谁先来，谁先发，一个节点已经在发送了，就不能被打断了。“无损仲裁”是解决如果两个节点同时发的时候，怎么来决定到底是谁发送。仲裁就是通过数据帧的ID部分来比较，直观来看，就是ID小的能发出去，ID大的自动退出，这与帧ID的机构、CAN驱动电路有关。所谓“无损”，就是一个节点仲裁失败后，它要发送的数据不会丢失，而是等到CAN总线的下一个空闲期再尝试发送，直至发送成功。所以，一般对实时性要求高的节点可以把其帧ID设置的小一些，保证在发送发生冲突的时候，其数据可以优先发出去。

3.多主（无主）结构

其实，无主是一个特色，无主也可以说成无从。单单说多主，特色并不是很明显，其他现场总线，像Profibus，也是多主结构，但Profibus是多主多从，而CAN总线是多主无从，每个节点的地位相对来说是平等，都可以主动发起数据，区别就在于帧ID的优先级不同。

4.帧ID和应用数据

孔丙火（微信公众号：孔丙火）认为，说起CAN总线，不能不提帧ID，这是无损仲裁的一个基础。CAN总线数据帧大体上可以分为帧ID和应用数据两个部分，之所以说大体上，是因为还包括帧起始、ACK位、CRC位等，那些不是我们阐述的重点。

帧ID的一个用途就是仲裁，说起仲裁，不得不说总线电平。CAN总线具有位同步机制，若总线上有两个以上的节点同时发送数据，则进行逐位比较，先发送帧ID部分，且先发送帧ID的高位，每个节点发送一位后，同时会接收这一位，如果要发送的电平与接收到的电平不一致，则认为自身仲裁失败，退出发送，等待下一次发送。总线电平分为隐性电平和显性电平，隐性电平逻辑上为1，显性电平逻辑上为0，最先发送显性电平的节点会取得仲裁胜利，这主要是因为显性电平可以覆盖隐性电平，孔丙火在之前的文章中专门做过阐述。

应用数据最多8个字节，所以，CAN总线是一个短帧结构。短帧结构实时性高，抗干扰性更好。当然，其也有缺点，当需要发送大量的数据的时候，传输效率就会低了，这方面就不如Modbus了，因为Modbus一次最多可以发送100多个字（word）的数据。

5.学习CAN总线的要点（一点浅见）

如果是使用CAN总线，孔丙火（微信公众号：孔丙火）认为，只需要对CAN的一些知识有一个大体的了解即可，对于不同的项目再有针对性地去深入研究，不需面面俱到，因为CAN总线说起来简单，其实细节有很多，单就一个仲裁时序和同步的问题，想起来都很少脑筋，以前感兴趣的时候，在网上查过，没几篇文章能讲清楚。但实际使用，无需关心这些问题，如果是PLC上使用，根据手册做相应的配置即可，如果是单片机使用，麻烦一点的，需要自己写寄存器，像STM32这种操作简单的，直接调库函数就行了。但像位时间采样点这种基本的问题，还是要知道的。

如果是研究总线本身的，或者是做CAN总线监测设备（不单单是数据监测，还有总线质量等）的，则需要对CAN总线本身的特性，做比较深入的研究了。 

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标签：揭开,孔丙火,总线,电平,发送,面纱,ID,仲裁
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