一文读懂容错CAN！
来源：ZLG致远电子　作者： 　发布时间：&&浏览(68)次
　　CAN-bus家族中有三大成员，分别是高速CAN、容错CAN、单线CAN。其中容错CAN又叫低速CAN，它与最常用的高速CAN有什么异同呢？这里将与大家分享下对容错CAN的认识。
　　一、容错CAN的起源
　　1986年Bosch在SAE(汽车工程人员协会)大会上提出CAN总线概念，CAN总线率先在汽车电子行业孕育。随后的1987年Intel推出第一片CAN控制器芯片82526，由此点亮CAN总线发展的星星之火。六年之后CAN国际标准ISO11898/ISO11519发布，CAN总线在通信领域的燎原之势由此展开。
图1& CAN总线应用行业
　　ISO11898是高速CAN的标准，ISO11519是低速CAN的标准。起初，高速CAN数据链路层和物理层都在标准ISO11898中规定，后来被拆分为ISO11898-1（仅涉及数据链路层）和ISO11898-2（仅涉及物理层）。其中标准ISO 4已经在2006年被ISO 6代替了,也就是说符合标准ISO 11898-3的产品也是支持符合ISO 11519-2标准的产品。
图2& CAN标准发展历程
　　二、容错CAN与高速CAN的异同
　　与高速CAN一样，容错CAN也是使用使用差分双绞线传输，包含CAN_H、CAN_L、GND三根线，在严格的工业应用场合同样要求使用专用的屏蔽双绞线并加必要的防护电路。如图3，以OSI 7层通信模型为例，其实CAN总线标准规范了部分物理层、传输层及全部数据链路层规则，而应用层、表示层、会话层、网络层未做任何规范。高速CAN与容错CAN在数据链路层内容是相同的，因此它们在位传输时序、位仲裁、错误、校验、帧结构等是没有区别的。
图3& 容错CAN与高速CAN标准化部分
不同点在物理层的定义，图4是ISO11898与ISO11519-2电信号数据对比。从图中可以看到，高速CAN最大通信速率为1Mbps，容错CAN最大通信速率为125Kbps，且在理论连接节点数方面高速CAN要大于容错CAN。两者在物理层最大的差别在于CAN_H、CAN_L显隐性时的电平值。因此容错CAN与标准的高速CAN设备之间不能直接通信，必须要加入CANBridge1054转接板。
图4& 容错CAN与高速CAN电信号数据对比
　　三、容错CAN的优缺点
　　虽然容错CAN通信速率低、承载节点数少，但容错CAN有它无可替代的优势。根据图4中的电平信号数据，我们绘制出两者正常工作时的信号波形。从图 5可以看出CAN_H、CAN_L的电平在显隐性变化时变化高达2.25V，而高速CAN电平变化仅为1V，这也就意味着容错CAN比高速CAN有更高的抗干扰性。
图5& 容错CAN与高速CAN信号波形对比
除此之外，容错CAN能在CAN_H或CAN_L出现短路、断路时保证通信正常。容错CAN收发器会自动识别总线状态，根据总线状态调整接收器的接收模式，这也算是&容错CAN&名称的由来。图6是容错CAN收发器在不同情况下收发状态的调整情况。
图6& 容错CAN多模式工作状态
　　注1：75&A下拉电流源功能& 注2: 75&A上拉电流源功能
　　四、容错CAN应用电路
　　图7为经典的CTM1054T容错CAN收发模块为例，它采用灌封工艺并具有极低的电磁辐射和高抗电磁干扰特性。完全符合ISO 11898-3标准，单网络最大节点数达到32个。
图7& 容错CAN收发模块CTM1054T
　　容错CAN节点电路设计与常见的高速CAN节点设计不同，需要注意的是终端电阻的接法。一般场合下，模块接上电源，端口和 CAN 控制器及 CAN 网络总线连接， RTH、 RTL 分别连接终端电阻至 CANH、CANL，如图8。
图8& 经典容错CAN节点电路设计
　　单个CAN-bus典型网络如图9，单总线网络最长通讯距离 1km。如果需要接入更多节点或更长通讯距离时，可通过 CAN 中继器等设备扩展。
　　容错 CAN 收发器在总的终端电阻为 100&O 时， 有最优的系统性能。容错CAN总线终端电阻配置时先确定整个网络的节点数，每个收发器都提供总 100&O 终端的一部分，并不要求每个收发器都有相同的终端电阻，但总的终端应该是 100&O。比如总线中有5个容错CAN节点，接到网络上的10个电阻阻值均应为500&O；若总线中有10个容错CAN节点，接到网络上的20个电阻阻值均应为1000&O。由于容错CAN终端电阻配置的这种特殊性，只要节点数确定，可根据需求随意使用星形、树形等总线拓扑。
图9& 容错CAN总线网络拓扑
　　容错CAN在非常适合应用在低速、高可靠性的工业场合，当节点数固定时，它能适应多种复杂总线拓扑。
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如何解决总线通讯数据冲突的问题
　　现场总线作为工业自动化系统中最后一段通讯的桥梁，越来越多的传感器和执行机构都集成了总线之类的通讯接口，但其固化的几个通讯数据格式，面对当前众多复杂的大系统，时常会给设计者带来底层数据冲突的困扰，如何完美解决这一难题，至关重要。本文引用地址：
　　一、问题描述
　　大家都知道，一个网络中不同节点发出的报文的ID也应是不同的，否则当ID冲突的两个节点同时上传数据时会产生错误。但是我们时常会发现某些接口的传感器或者控制器的报文ID是固定的，不具备硬件地址区分。以下图为例，某电机控制器有三条标准帧功能报文，ID分别为0x2、0x0003。那么如何在同一个CAN网络中使用多个同样的电机控制器既可以防止ID冲突又可以识别硬件地址呢?
　　图 1 相同CANID设备组网
　　二、解决方案
　　针对这一问题，可以将致远电子的CAN网桥CANbridge+加装在各个设备与总线之间，利用其ID映射功能，将每台设备的功能ID映射为一个带地址字段的新ID。这样既可以防止设备上传的报文产生ID冲突错误，又可以通过添加的地址字段区分不同的设备。如下图所示，将标准帧ID的高8位定义为地址字段，这样就可以通过ID区分不同设备的上行下行报文。
　　图 2 使用CAN网桥实现相同CANID设备组网
　　三、设置流程
　　1、 波特率设置
　　使用通讯线连接CANbridge+和PC机，打开CANCfg软件，在基本信息选项卡里点击CAN1、CAN2波特率的下拉菜单，均选择所接CAN设备的对应波特率。
　　图 3 CANbridge+的波特率设置
　　2、 帧映射设置
　　在帧映射选项卡里点击使能帧映射，假定网桥的CAN1端口连接CAN设备，网桥的CAN2端口连接CAN网络。添加如下图所示的映射关系，即可将1号设备的所有功能ID关联上硬件地址。同样对其他设备连接的CAN网桥做类似的设置，即可实现相同CANID设备的组网。
　　图 4 CANbridge+的帧映射设置
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致远电子：如何准确测量CAN节点的电容含量
汽车CAN总线设计规范对于CAN节点的输入电容有着严格的规定，每个节点不允许添加过多容性器件，否则节点组合到一起后，会导致总线波形畸变，通讯错误增加。具体如表1所示。为汽车测试标准GMW3122中的输入电容标准。
所以每个厂家在上车前，都要测试CAN节点DUT（被测设备）的CANH对地、CANL对地、CANH对CANL的输入电容。方法一般是使用GMW3122汽车测试标准中的CAN方法。如图所示。
表1 GMW3122输入电容标准
图1 负载电容放电时间定义
T=0.721*（t2-t1）
图2 Cbusin和Cin测试原理（ECU输出线从上往下为CANH、CANL、GND）
Cbusin1=/Ri
图3 Cdiff测试原理（CANnode输出线从上往下为CANH、CANL、GND）
Cdiff=Cbusin2-Cin
而这样的测试方法，有着比较大的局限性，只能看一个波形的放电时间进行测量和计算，人工误差较大，通过多次的统计，然后进行平均，非常消耗时间。另外由于电容属于非线性器件，使用方波测量，无法有效排除直流分量。
所以广州致远电子股份有限公司改进了测试方法，使用CANScope-Pro总线分析仪与CANScope-StressZ扩展板组合后，发送测试波形为正弦波，测试精度要比方波要高。不会受到收发器内阻与线缆的影响，无需使用负载电阻。并且可以自动测量，减少了人工误差和工作量。
如图4所示，进行测试连接。注意要把终端电阻RHL设置为0&O，即将CANH和CANL短路。
图4 输入电容测试1
如图5所示，点击阻抗测量中的开始，测试出的Cp就是Cbusin1，然后Cin=Cbusin1/2。
图5 阻抗测量测试出Cbusin1
如果Cin在40~150pF，则Cin测试通过。
2.测试Cdiff
如图6所示，进行测试连接， 注意，要断开RHL终端电阻，并且将RL使能，设置为0&O后对Vdis-连接。
图6 输入电容测试2
打开CANStress配置，将干扰源确定为内部。保证CANL对地短路。如图7所示。
图7 调整干扰源
如图8所示，点击阻抗测量中的开始，测试出的Cp就是Cbusin2，然后Cdiff= Cbusin2-Cin。
图8 阻抗测量测试出Cbusin2
如果Cdiff在0~90pF，则Cin测试通过。
CANScope分析仪广州致远电子股份有限公司研发的一款综合性的CAN总线开发与测试的专业工具，集海量存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身，并把各种仪器有机的整合和关联；重新定义CAN总线的开发测试方法，可对CAN网络通信正确性、可靠性、合理性进行多角度全方位的评估；帮助用户快速定位故障节点，解决CAN总线应用的各种问题，是CAN总线开发测试的终极工具。
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