CAN总线基础知识学习笔记
依照瑞萨公司的《can入门书》的组织思路来学习can通信的相关知识，并结合网上相关资料以及学习过程中的领悟整理成笔记。好记性不如烂笔头，加油！
1 can的一些基本概念
1.1 什么是can总线
can 是 controller area network 的缩写，是 iso 国际标准化的串行通信协议。通俗来讲，can总线就是一种传输数据的线，用于在不同的ecu之间传输数据。
can总线有两个iso国际标准：iso11898 和 iso11519。其中：
iso11898定义了通信速率为 125 kbps～1 mbps 的高速 can通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1mbps，总线长度 ≤ 40米。
iso11519定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 can通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。
tips:：又称为总线的通信速率，指的是位速率。或称为比特率（和波特率不是一回事），表示的是：单位时间内，通信线路上传输的二进制位的数量，其基本单位是 bps 或者 b/s (bit per second)。
1.2 can的拓扑结构
下图中，左边是高速can总线的拓扑结构，右边是低速can总线的拓扑结构。
如图中所示，can总线包括can_h 和 can_l 两根线。节点通过can控制器和can收发器连接到can总线上。
tips：通常来讲，ecu内部集成了can控制器和can收发器，但是也有没集成的，需要自己外加。
1.3 can信号表示
在can总线上，利用can_h和can_l两根线上的电位差来表示can信号。can总线上的电位差分为显性电平和隐性电平。其中显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1。
iso11898标准（125kbps ~ 1mbps）和iso11519标准（10kbps ~ 125kbps）中can信号的表示分别如下所示：
1.4 can信号传输
发送过程：
can控制器将cpu传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑0-显性电平或者逻辑1-隐性电平）。can发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到can总线上。
接收过程：
can接收器将can_h 和 can_l 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到can控制器，can控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到cpu上。
概括的讲：
发送方通过使总线电平发生变化，将其信息传递到can总线上。
接收方通过监听总线电平，将总线上的消息读入自己的接收器。
2 can通信的特点
2.1 多主工作方式
所谓多主工作方式，指的是：总线上的所有节点没有主从之分，大家都处于平等的地位。反应在数据传输上，即是：在总线空闲状态，任意节点都可以向总线上发送消息。
tips:：当总线上的上出现连续的11位隐性电平，那么总线就处于空闲状态。也就是说对于任意一个节点而言，只要它监听到总线上连续出现了11位隐性电平，那么该节点就会认为总线当前处于空闲状态，它就会立即向总线上发送自己的报文。
至于为什么连续出现11位隐性电平，就可以判定+总线处于空闲状态，这个问题可以结合can协议的帧结构来进行理解。
在多主工作方式下：
最先向总线发送消息的节点获得总线的发送权；
当多个节点同时向总线发送消息时，所发送消息的优先权高的那个节点获得总线的发送权。
例如：node_a和node_b同时向总线发送各自的消息msg_1和msg_2，如果msg_1的优先级比msg_2高，那么node_a就获得了总线的发送权。
2.2 非破坏性位仲裁机制
在can协议中，所有的消息都以固定的帧格式发送。当多个节点同时向总线发送消息时，对各个消息的标识符（即id号）进行逐位仲裁，如果某个节点发送的消息仲裁获胜，那么这个节点将获取总线的发送权，仲裁失败的节点则立即停止发送并转变为监听（接收）状态。
例如：node_a和node_b同时向总线发送各自的消息msg_1和msg_2，那么对msg_1的id号id_1和msg_2的id号id_2进行逐位仲裁，如果仲裁结果是：id_1的优先级比id_2高，那么msg_1在仲裁中获胜，于是发出msg_1这条报文的节点node_a就获得了总线的发送权。同时，msg_2在仲裁中失败，于是node_b就转换到监听总线电平的状态。
这种仲裁机制既不会造成已发送数据的延迟，也不会破坏已经发送的数据，所以称为非破坏性仲裁机制。这种仲裁方式的实现机制参见本系列笔记的第二篇can协议数据帧与遥控帧中的介绍。
2.3 系统的柔性
can总线上的节点没有“地址”的概念，因此在总线上增加节点时，不会对总线上已有节点的软硬件及应用层造成影响。
2.4 通信速度
在同一条can线上，所有节点的通信速度（位速率）必须相同，如果两条不同通信速度总线上的节点想要实现信息交互，必须通过网关。
例如：汽车上一般有两条can总线：500kbps的驱动系统can总线和125kbps的舒适系统can总线，如果驱动系统can总线上的发动机节点要把自己的转速信息发送给舒适系统can总线上的转速表节点，那么这两条总线必须通过网关相连。
2.5 数据传输方式
can总线可以实现一对一，一对多以及广播的数据传输方式，这依赖于验收滤波技术。验收滤波技术的实现机制参见本系列笔记的第二篇can协议帧结构中的介绍。
2.6 远程数据请求
某个节点node_a可以通过发送“遥控帧”到总线上的方式，请求某个节点node_b来发送由该遥控帧所指定的报文。具体实现方式参见本系列笔记的第二篇can协议帧结构中的介绍。
2.7 错误检测、错误通知、错误恢复功能
所有的节点都可以检测出错误（错误检测功能）；
检测出错误的节点会立即通知总线上其它所有的节点（错误通知功能）；
正在发送消息的节点，如果检测到错误，会立即停止当前的发送，并在同时不断地重复发送此消息，直到该消息发送成功为止（错误恢复功能）。
2.8 故障封闭
节点能够判断错误的类型，判断是暂时性的数据错误（如噪声干扰）还是持续性的数据错误（如节点内部故障），如果判断是严重的持续性错误，那么节点就会切断自己与总线的联系，从而避免影响总线上其他节点的正常工作。
can通信的上述特点都是基于can协议所定义的多种帧结构来实现的，因此，在下一篇笔记对can的帧结构有了了解之后，再做进一步的详细解释。
3 can通信网络结构
3.1 osi基本参照模型
实际上，can总线网络底层只采用了osi基本参照模型中的数据链路层、传输层。而在can网络高层仅采用了osi基本参照模型的应用层
3.2 can协议网络层次
在can协议中，iso标准只对数据链路层和物理层做了规定。对于数据链路层和物理层的一部分，iso11898和iso11519-2的规定是相同，但是在物理层的pmd子层和mdi子层是不同的。
在can总线，每一层网络中定义的事项如下：
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can 是 controller area network 的缩写，是 iso 国际标准化的串行通信协议。通俗来讲，can总线就是一种传输数据的线，用于在不同的ecu之间传输数据。
can总线有两个iso国际标准：iso11898 和 iso11519。其中：
iso11898定义了通信速率为 125 kbps～1 mbps 的高速 can通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1mbps，总线长度 ≤ 40米。
iso11519定义了通信速率为 10～125 kbps 的低速 can通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。
tips:：又称为总线的通信速率，指的是位速率。或称为比特率（和波特率不是一回事），表示的是：单位时间内，通信线路上传输的二进制位的数量，其基本单位是 bps 或者 b/s (bit per second)。
1.2 can的拓扑结构
下图中，左边是高速can总线的拓扑结构，右边是低速can总线的拓扑结构。
如图中所示，can总线包括can_h 和 can_l 两根线。节点通过can控制器和can收发器连接到can总线上。
tips：通常来讲，ecu内部集成了can控制器和can收发器，但是也有没集成的，需要自己外加。
1.3 can信号表示
在can总线上，利用can_h和can_l两根线上的电位差来表示can信号。can总线上的电位差分为显性电平和隐性电平。其中显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1。
iso11898标准（125kbps ~ 1mbps）和iso11519标准（10kbps ~ 125kbps）中can信号的表示分别如下所示：
1.4 can信号传输
发送过程：
can控制器将cpu传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑0-显性电平或者逻辑1-隐性电平）。can发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到can总线上。
接收过程：
can接收器将can_h 和 can_l 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到can控制器，can控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到cpu上。
概括的讲：
发送方通过使总线电平发生变化，将其信息传递到can总线上。
接收方通过监听总线电平，将总线上的消息读入自己的接收器。
2 can通信的特点
2.1 多主工作方式
所谓多主工作方式，指的是：总线上的所有节点没有主从之分，大家都处于平等的地位。反应在数据传输上，即是：在总线空闲状态，任意节点都可以向总线上发送消息。
tips:：当总线上的上出现连续的11位隐性电平，那么总线就处于空闲状态。也就是说对于任意一个节点而言，只要它监听到总线上连续出现了11位隐性电平，那么该节点就会认为总线当前处于空闲状态，它就会立即向总线上发送自己的报文。
至于为什么连续出现11位隐性电平，就可以判定+总线处于空闲状态，这个问题可以结合can协议的帧结构来进行理解。
在多主工作方式下：
最先向总线发送消息的节点获得总线的发送权；
当多个节点同时向总线发送消息时，所发送消息的优先权高的那个节点获得总线的发送权。
例如：node_a和node_b同时向总线发送各自的消息msg_1和msg_2，如果msg_1的优先级比msg_2高，那么node_a就获得了总线的发送权。
2.2 非破坏性位仲裁机制
在can协议中，所有的消息都以固定的帧格式发送。当多个节点同时向总线发送消息时，对各个消息的标识符（即id号）进行逐位仲裁，如果某个节点发送的消息仲裁获胜，那么这个节点将获取总线的发送权，仲裁失败的节点则立即停止发送并转变为监听（接收）状态。
例如：node_a和node_b同时向总线发送各自的消息msg_1和msg_2，那么对msg_1的id号id_1和msg_2的id号id_2进行逐位仲裁，如果仲裁结果是：id_1的优先级比id_2高，那么msg_1在仲裁中获胜，于是发出msg_1这条报文的节点node_a就获得了总线的发送权。同时，msg_2在仲裁中失败，于是node_b就转换到监听总线电平的状态。
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实际上，can总线网络底层只采用了osi基本参照模型中的数据链路层、传输层。而在can网络高层仅采用了osi基本参照模型的应用层
3.2 can协议网络层次
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