版本 5c318d428226719cda896cd16384ba6ee97084cf
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title: CAN
categories: STM32, Communcation_Protocol, CAN
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Introduction
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控制器區域網路 (Controller Area Network, 簡稱 CAN 或 CANbus)是一種通訊協定，其特點是允許網路上的多個微控制器或設備直接互相通訊，網路上不需要主機(Host)控制通訊，並且提供高安全等級及有效率的即時控制。更具備了偵錯和優先權判別的機制，網路訊息的傳輸變的更為可靠而有效率。訊息的傳遞並不是定義在節點，而是定義在訊息上，所以軟硬體不需要做修正就能夠輕易增加或移除節點，增加了在升級網路時的便利性。實作上又因為只需雙線溝通的特性，也降低線路複雜易造成錯誤的發生機會。總而之，CANbus具有高擴充性 、高可靠度且即時性強和低成本等特性。
.. image:: /embedded/CAN Bus_Diagram1.png
Features
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CANbus網路架構
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Network Topology(CANbus網路架構)
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.. image:: /embedded/CAN_topology.png
CANbus是一種匯流排網路，他的匯流排是由兩條線路所實現，當兩條線路電位差小的時候為1，電位差大的時候為0。
.. image:: /embedded/CAN_01.png
CAN通訊的資料格式
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MESSAGE TRANSFER(CAN通訊的資料格式)
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CAN有兩種版本，CAN2.0A,CAN2.0B。
CAN有兩種版本，CAN2.0A(Standard),CAN2.0B(Extended)。
1.資料通訊格式(Data Frame)：
1.DATA FRAME(資料通訊格式)：
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資料通訊格式主要用於傳送資料，主要分成5個部分。
.. image:: /embedded/CAN_dataframe1.png
.. image:: /embedded/CAN_dataframe2.png
* Start of Frame(SOF):送出1位元dominant(0)，用來同步。
* Arbitration Field:表示節點的優先權，用來判別優先權。若多個節點同時傳送，在仲裁欄位逐一比對優先權，位元為dominant(0)可優先傳送。長度有兩種11bits(Standard identifier)和29bits(Extended Identifier)。
.. image:: /embedded/CAN_priroity.png
RTR 則為優先判斷與資料接收與否的識別，RTR=dominant(0)，表資料要傳出，RTR=recessive(1)，表要接收資料。
* Control Field:資料的長度。
.. image:: /embedded/CAN_dataframe_control_field.png
IDE: 標準格式(Standard identifier)為dominant(0);延伸格式(Extended Identifier)為 recessive(1)。
R0:保留
* Data Field:0-8bytes的資料。
.. image:: /embedded/CAN_dataframe_data.png
資料長度0-8 bytes
* CRC Field:錯誤檢查。
.. image:: /embedded/CAN_dataframe_CRC.png
* ACK Field:接收正確送出1位元dominant(0)。
* ACK Field:接收正確，接收端送出1位元dominant(0)。
.. image:: /embedded/CAN_dataframe_ACK.png
傳送端送出一個recessive bit(1)當接收端正確收到一個訊息，則回傳一個ACK Slot為dominant(0)位元，告知傳送端。
傳送端送出一個recessive bit(1)當接收端正確收到一個訊息，則在ACK Slot中回傳一個為dominant(0)位元，告知傳送端。
* End of Frame(EOF):通訊格式結束的欄位。
.. image:: /embedded/CAN_EOF.png
每一個資料都是由7個連續的recessive(1)位元作為結束。
2.遠端通訊格式(Remote Transmit Request Frame)：
2.REMOTE FRAME(遠端通訊格式)：
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遠端通訊格式用來請求遠端節點傳送資料。
.. image:: /embedded/CAN_RTRF.png
遠端通訊格式基本上就是資料長度為0的資料通訊格式，指示設定上略有不同。當A節點需要B節點送出資料時，可藉由送出一個遠端通訊格式來完成，將B節點的ID寫入仲裁欄位，在RTR填入recessive(1)。
3.錯誤通訊格式(Error Frame)：
3.ERROR FRAME(錯誤通訊格式)：
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當接收到的訊息有錯誤時，節點會發送錯誤通訊格式通知其他節點。
.. image:: /embedded/CAN_errorframe_active.png
* CAN有5種錯誤檢查來確保收發資料的正確性，在偵測到錯誤的當下決定要在資料的哪個位元回傳錯誤訊息(一定是在Data資料不完整的狀態下)。
.. image:: /embedded/CAN_errorframe_type.png
* 在節點的狀態方面共有3種(主動,被動,關閉)。通訊格式上，則有主動和被動之分，差別在於Error Flag的值不同。主動是6個dominant(0)，被動是6個recessive(1)。
4.過載通訊格式(Overload Frame)：
4.OVERLOAD FRAME(過載通訊格式)：
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通知其他節點延遲傳送資料的格式
.. image:: /embedded/CAN_overloadframe.png
節點處理資料中，對於下一筆資料需要延遲時使用，通常接在遠端通訊格式或資料通訊格式後面。
5.通訊格式間隔(Inter Frame Space)：
5.INTERFRAME SPACING(通訊格式間隔)：
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與前一個資料間隔的格式
.. image:: /embedded/CAN_Inter_Frame_Space.png
* 有3bit的intermission和一直處於recessive(1)的Bus Idle
* 除了過載通訊格式和錯誤通訊格式之外，訊息之間至少都要有intermission
CAN的錯誤處理
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(ERROR HANDLING)CAN的錯誤處理
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節點錯誤模式
Error Detection(資料偵錯機制)
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* BIT ERROR
發送資料中的節點會比較發送的資料和bus中的電位高低變化是否一致，如果不一致則直在位傳完的訊息後方接著傳送Error Frame。這種偵錯機制僅限於SOF,control,data,CRC field。
.. image:: /embedded/CAN_bit_error.png
* STUFF ERROR
* CRC ERROR
* FORM ERROR
CRC,ACK Field 都有delimiter，甚至EOF本身就是Data Frame的delimiter，這些bit都預設為recessive(1)，如果在這些bit上讀到dominant(0)，那從下一個bit開始就傳送Error Frame。
.. image:: /embedded/CAN_form_error.png
* ACKNOWLEDGMENT ERROR
傳送端會傳出2個bit的recessive(1)為ACK Field，前者為ACK Slot後者為ACK delimiter。當傳送端在ACK Slot送出recessive(1)的時候，接收端要回傳dominant(0)，告知傳送端。如果沒有那就在ACK delimiter後面傳送error frame。
.. image:: /embedded/CAN_ACK_error.png
FAULT CONFINEMENT(節點錯誤機制)
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CAN的每個節點都有計數器來記錄錯誤的歷史(Transmit Error Counter(TEC) & Receive Error Counter (REC) )
.. image:: /embedded/CAN_note_state.png
Reference
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- `CAN Specification 2.0 - Bosch Semiconductors and Sensors <http://www.bosch-semiconductors.de/media/pdf_1/canliteratur/can2spec.pdf>`_
- `車載網路系統 <http://www.vr.ncue.edu.tw/esa/a1014/CAN.pdf>`_
