Introduction

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。

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Features

CANbus網路架構

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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。

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CAN通訊的資料格式

CAN有兩種版本，CAN2.0A,CAN2.0B。

1.資料通訊格式(Data Frame)： ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ 資料通訊格式主要用於傳送資料，主要分成5個部分。

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• 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)。

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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。

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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。

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資料長度0-8 bytes

• CRC Field:錯誤檢查。

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• ACK Field:接收正確送出1位元dominant(0)。

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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。

• End of Frame(EOF):通訊格式結束的欄位。

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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)： ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ 遠端通訊格式用來請求遠端節點傳送資料。

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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)： ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ 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。

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• 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)。

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• 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)： ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ 通知其他節點延遲傳送資料的格式

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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)： ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ 與前一個資料間隔的格式

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• 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

節點錯誤模式 ’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’

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) )

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Reference

• 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>_