[分享]液壓CAN總線

事先聲明，下面所說的很多有關CAN的知識，是我自己的學習和理解，而且不會按照教科書教的那樣來學習，可能不見得正確，懂的人，可以糾正哈。
        一直以來，我都是很頭疼學習各種協議的，因為協議太多了。從串口通訊協議開始，通訊協議就是一直在不斷增長。可只要是你在學習硬件開發，就不得不學。這不像純軟件開發，基本不會觸及底層的東西，你只需要在應用層面做好自己應用，關注業務上的東西就行。這也是很無奈的事情。
        CAN有關的器件和模塊也買了一些，估計落在上面的灰塵已經達到7nm的程度了吧？不知道這個想法能不能像棒子那樣去申遺？哈哈哈哈。說笑了，下面開始正是學習CAN有關的東西，先從CAN的物理構成學起吧。這里我就不學習CAN的發展史了，只說我想要了解的知識點。
        首先刨去協議及有關的處理芯片，CAN的總線只需要兩根線，線少，可以節省資源。CAN總線是用來傳遞數字信息的，它的總線上不是簡單的高低電平信號，而是通過兩條線上的電壓差來呈現高低電平信息的。兩條線的電壓差等于0V時，表示傳遞的是高電平，邏輯1，這是隱性電平；電壓差等于2V，表示傳遞的是低電平，邏輯0，這是顯性電平。這就是差分信號。這個壓差的實現，是由控制器實現，沒必要深入學，嘿嘿。選擇差分信號方式傳遞信息的好處是，很容易排除外來噪音干擾，延長傳遞距離。
注1：低電平信號在CAN總線上的表現

 
注2：高電平信號在CAN總線上的表現


 
 
 
        現在我已經知道了CAN總線是如何傳遞數字信號的了，那么假如我想通過CAN總線傳遞一個字符，比如0（十六進制的0x30，二級制的0011
0000），總線是如何傳遞的呢？我知道在SPI總線傳遞數據時，有時鐘脈沖這個信號用來幫助解析二進制信號，在時鐘的某個脈沖沿獲得正確的電平信號，從得到正確的結果。但在CAN總線上沒有這種機制。那么利用CAN總線傳遞這個0字符的時候，肯定要按照二進制的數值位來傳遞的，加入高位在前方式傳遞，在CAN總線上就應該是以下變化的信號：
1、總線壓差=2V ，傳遞Bit7的0
2、總線壓差=2V，傳遞Bit6的0
3、總線壓差=0V ，傳遞Bit5的1
4、總線壓差=0V ，傳遞Bit4的1
5、總線壓差=2V，傳遞Bit3的0
6、總線壓差=2V，傳遞Bit2的0
7、總線壓差=2V，傳遞Bit1的0
8、總線壓差=2V，傳遞Bit0的0
        但在接收的時候在什么時機解析這種電壓變化就很重要了，否則一定會得到錯誤的結果。因此我想，是不是CAN總線也需要在發收的時候要統一某個協議，類似串口通訊中的統一的波特率，來確認正確的通訊呢？帶著這個疑問，我繼續學習。
在CAN總線上，每一個節點，都如下形式的構成：

        CAN控制器有自己的工作時鐘（CAN時鐘），一個完整周期的時鐘，視為Tq。利用這個Tq和一套復雜的通訊協議，CAN控制器可以實現數據的同步。因為協議也比較復雜，我瞬間失去了深入學習的興趣，決定放棄了。反正這個同步是由控制器實現的，不需要程序參與。好吧，接下來，和通訊有關的東西，我只關注和程序處理有關的部分。
CAN總線報文類型
        CAN總線上傳輸的信息稱為報文，當總線空閑時任何連接的單元都可以開始發送新的報文。CAN通信是通過以下5種類型的幀進行的：數據幀，遙控幀，錯誤幀，過載幀，幀間隔。
1、數據幀
是節點想要發送數據時使用的額幀。由幀起始、仲裁段、控制段、數據段、CRC段、ACK段、幀結束這幾部分構成。

2、遙控幀
又叫遠程幀，用于接收單元具有相同ID的發送單元請求數據的幀。幀格式與數據幀相似，只是RTR位為隱性狀態，而且沒有數據段。

3、錯誤幀
當節點在收發數據檢查到有錯誤的時候，會以錯誤幀的形式，通知參與通訊的其他節點。

4、過載幀
當某個節點沒有做好接收下一幀數據時，會發出過載幀。一個節點最多可產生兩條連續的過載幀來延遲下一條保溫發送。其幀格式，與主動錯誤幀格式相同。
5、幀間隔
用來分隔前面任意類型的幀與下一個數據幀或者遠程幀。

CAN總線數據收發過程
我們以下面兩個單元之間的通訊過程，來說明CAN收發數據的處理過程。

1、當A想要發送數據的時候，要檢查A的RXD，如果RXD=1，表示總線處于空閑狀態，可以實施發送處理。數據可以通過TXD發送給A的CAN控制器。
2、B單元通過RXD接收來自A單元的數據后，馬上使B的RXD=0，B的CAN控制器會將這個信息通過TXD反映到CAN總線上。
3、A單元在收到來自B單元的反應RXD=0的信號時，表示收到B單元已經收到數據的應答。
好了，看到這個過程，終于到了我能順暢理解的部分了。我可以把這個過程簡單理解為以下步驟：
對A方：
1、總線忙不？
2、總線不忙，發送我要發的數據
3、對方收到沒？
4、對方收到了，好，通訊結束。
對B方：
1、收到發給我的數據
2、數據都接收完了？
3、是，都接收收完了，告知對方。
看，就這么簡單，哈哈哈?？墒怯袀€問題哈，
1、對A方，數據要發給誰，在哪里體現呢？
2、對B方，怎么知道這個數據是給我的？
這就涉及到數據的構成了，我以前學習單片機的串口的多機通訊時，在通訊數據包中，是包含了子機編號的，這個編號決定了數據是想要發給誰的。我自己在做RF2401的無線通訊時，也在數據包中設置了來源設備號和目標設備號，從而確定數據是來自哪里和發向哪里的。
CAN總線其實沒有主從的概念，每個設備都是一個節點，節點之間是可以相互通訊的。CAN總線上的每個節點不需要設置節點的地址，而是通過消息的標識符（也就是前面說的ID段）來區別信息。因為CAN總線的消息是廣播的（就是大家都可以收到消息），比如總線上有節點A，節點B，節點C，那么節點A發消息，節點B和節點C都會收到消息；
當一個節點要向其它節點發送數據時，該節點的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本節點的CAN控制芯片，并處于準備狀態；當它發現總線可用時，轉為發送報文狀態。CAN控制芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時CAN總線上的其它節點處于接收狀態。每個節點通過控制器中過濾碼（Filter Code ）和掩碼（Mask Code），再檢驗總線上消息的標識符（標準模式下有11個標識符位，擴展模式下有29個標識符位），來判斷是否接收這個消息（Message Filtering）。而過濾碼和掩碼是可以自行設置的。
簡單地說，CAN的報文中是不包含地址信息的，接收方根據需要，決定是否接收報文信息。雖然沒有，但我們可以在某些標識位或者數據段人為加進去指明目標的信息。
現在，我只是對CAN通訊有了初步的了解。要深入學習的知識還很多，慢慢學，慢慢積累吧。