CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是一种 ISO 国际标准化的、能够实现分布式实时控制的串行通信网络。

应用领域：其广泛应用于汽车、工业自动化/工业控制、机器人等现场控制领域中进行数据传输。

发展历程

该标准成为国际上应用最广泛的现场总线之一。

企业支持情况：目前CAN得到了Motorola、Intel、 Philips 、Siemens、NEC等公司的支持。

传输介质：它使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。

核心特性：CAN协议的特性包括：完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。

此外，CAN协议还支持功能安全应用，具有高可靠性、抗干扰能力强、支持多节点等优点。

CAN-Bus规范定义了：物理层、数据链路层、应用层(CANopen、DeviceNet等)。

应用层可自行设计，支持多主通信模式。

CAN总线协议也涵盖了 ISO 规定的 OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层。

CAN协议经过ISO标准化后有2个标准: ISO11898标准、IS011519-2标准。两种标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。

CAN 1.0/2.0 : (2套标准的主要区别)

其中总线电平分为显性和隐性两种电平，显性表示逻辑0，隐性表示逻辑1，符合总线上执行线与功能。

由上图可以清楚的看到IS011899高速标准中，隐性时CAN_High和CAN_Low电位相同，电位差0V，表示逻辑1；显性时CAN_High电位高于CAN_Low电位，电位差为2.0V，表示逻辑0。

而低速IS011519-2标准中，显性时CAN_High电位低于CAN_Low电位，电位差为-1.5V，表示逻辑1；隐性时CAN_High电位高于CAN_Low电位，电位差为3.0V，表示逻辑0。

CAN FD：数据段速率已经可以提升到8Mbps（实际工程中常用2Mbps），有效负载带宽也提升到64 bytes。

CAN XL：数据段速率据说可以稳定达到10Mbps，有效负载带宽进一步拓展到2048 bytes。

简单的CAN总线网络

复杂的CAN总线网络

即：从CAN控制芯片输出逻辑电平到CAN收发器；然后，经过CAN收发器【内部转换】将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。 具体的引脚定义如下：

也就是说，CAN总线上的信号有两种不同的信号状态，分别是: 显性的(Dominant)逻辑0和隐形的(recessive)逻辑1，信号每一次传输完后不需要返回到逻辑0(显性)的电平。

下面以 标准格式来进行说明，先看下面标准格式的帧的图示：

每当发送器在要发送的比特流中检测到相同值的五个连续比特时，则：自动在实际发送的比特流中插入一个相反的比特位，这种方法被称为位填充。

DATA FRAME 或 REMOTE FRAME 的剩余位字段 CRC DELIMITER，ACK FIELD 和 END OF FRAME 是固定格式，不需要填充。

ERROR FRAME 和 OVERLOAD FRAME 也是固定格式，不通过位填充方法编码。

消息中的比特流根据不归零法（Non-Return-to-Zero，NRZ）进行编码。

这意味着在总比特时间内，生成的比特电平要么是“显性”要么是“隐性”。 下图为一个填充示意图：

当检测到错误时，节点可以发送主动错误标志。 主动错误标志由 6 个连续的比特位的显性电平组成，这违反了位填充规则。

这降低了 CRC 针对原始错误提供的保护级别。 该协议的不足之处已经在 CAN FD 帧中得到了解决，具体方法是：通过使用固定填充比特和记录插入的填充比特数的计数器的组合。

在位填充之后，CAN 帧的大小将增大。填充位本身可以是五个连续相同位中的第一个。 因此，在最坏的情况下，每四个原始位有一个填充位。帧大小可以使用如下公式表示：

只要总线空闲，总线上任何节点都可以发送报文，如果有两个或两个以上的节点开始传送报文，那么就会存在总线访问冲突的可能。但是CAN使用了标识符的逐位仲裁方法可以解决这个问题。

CAN总线控制器在发送数据的同时监控总线电平：

假设节点A、B和C都发送相同格式、相同类型的帧，如标准格式数据帧，它们竞争总线的过程是：

帧ID越小，优先级越高。

逻辑1 表示正电压下的信号，逻辑 0 表示负电压下的信号。 然而，在 NRZ 方法中，从逻辑 0 到逻辑 1 的转换（反之亦然），直接跨越零电压电平，而在 RZ 方法中，转换暂时停留在零电压电平上。如下图所示：

NRZ 意味着逻辑值 1 (光脉冲)的一个位在位周期的边界上改变它的值(从有光到无光、或反之亦然)。 相反，RZ 表示光脉冲比比特周期窄。在光信号中，逻辑 1 导通大约三分之一的位周期并且关闭大约三分之二。 逻辑 0 在比特周期的三分之二时间内保持关闭状态。

双极信号（bipolar signal） 是一个三电压级的信号，通常在正电压和负电压之间摇摆。双极信号可以是 RZ 或 NRZ。在数字双极信号中，正电压和负电压交替出现。这导致输电线路上的零直流分量。

单极信号（unipolar signal） 是一种两级信号，通常在零级和正级之间波动。

单极信号被认为是一种开关信号，可以应用于电信号或光学信号。在电力传输中，假设统计上有相同数量的1和0，那么直流分量可能达到峰值正电压的一半。对于长距离传输，这种直流分量是不可取的。在光学传输中，单极信号也称为开关键控。

因此，即使原始的 4 位代码是 0000，它也被转换为 5 位非全零代码。 此方法避免在任何代码中都包含所有零。 它也可以设计成连续模式避免某些字符串。 4B/5B 意味着转换后的初始 1 Gb/s 比特率由于增加了比特而增加到 1.25 Gb/s。 也就是说，有 25％ 的开销带宽损失。 类似地，8B/10B 代码将 8 位转换成 256 个预定的 10 位代码之一。 带宽损失也是25％。

通常是将接收到的16进制码流数据翻译成数值、字符串格式的数据，根据 dbc 文件中定义的规则来进行解析。

其中BS_为关键字，用于定义CAN网络的波特率； [ ]内容表示为可选部分，可以省略，但关键字BS_:必须存在，省略则会出错。

其中BU_为关键字，表示网络节点，格式中的Nodename1、Nodename2表示定义的网络节点名字，由用户自己定义；但需保证节点命名的唯一性。

计算方法：信号的物理值 = 原始值*因子 + 偏移量

字节内始终采用 msb(大端位序)，即：信号高有效位在字节内的高位, 信号低有效位在字节内的低位。

关于CAN报文，用Motorola，还是Intel格式，只在信号数据跨字节解析时，才有区别。单个字节数据没有区别。

位序和字节序都有大端和小端，共有四种：

LSB：Least significant byte(CAN某个信号的最低字节/byte)

MSB：Most significant byte(CAN某个信号的最⾼字节/byte)

lsb：Least significant bit(CAN某个信号中某个字节的最低有效位/bit)

msb：Most significant bit(CAN某个信号中某个字节的最⾼有效位/bit)

扩展解释：

如：一个1字节的二进制数：(msb)100000000(lsb)

假设一个一字节的数0x9A转换成2进制为“1001 1010”，那么lsb与msb则应该是这样分布的：

MSB存放在低字节单元，反映到矩阵图中就是以起始位为原点，自下而上填充。Motorola格式，MSB在LSB上面。 一个数值的最高字节（MSB）存储在内存的最低地址处，而最低字节（LSB）存储在内存的最高地址处。这种存储方式类似于人类阅读和书写数字的方式，即从左到右，高位在前

MSB存放在高字节单元，反映到矩阵图中就是以起始位为原点，自上而下填充。Intel格式，MSB在LSB下面。 高字节存放在高地址，低字节存放在低地址

没有跨字节是看不出来这两种有啥区别的。来看个跨字节的例子：

当然这里只是为了解释这两个的区别，才把一个报文中的两个信号设置成不同的格式，实际项目中一般不会出现这种情况

案例

信号的高位（msb）放在该字节的高位，信号的低位（lsb）放在该字节的低位。

通过 dbc 文件找到报文的定义

解析第1个signal：SG_ I_CDCU_KL15State

RawData：30 ------> 0011 0000 从第六位开始2个bit

1 ---> LOCAL_IG_ON

Rawdata：3C ---------> 00111100

I_CDCU_SWITCH_Temp的定义从第 319 开始、8个bit，rawdata 中找到对应的字节是第40个字节3C

第40个字节的二进制排列

根据公式计算出来对应的值：1*60-40=20；加上单位为20degC

1、如下是一个完整的、准确的Intel模式 CAN信号解析过程。 2、Intel模式信号：低位在右、高位在左；读取顺序：从右往左读。与之相对的是 摩托罗拉信号。 3、DBC的某个CAN帧的信号：

0x5A3 = 1443

rawdata : 0050D4408102050A

图片仅供参考，非实际CAN帧的准确瞬时截图

0050D4408102050A := 0000 0000 0101 0000 1101 0100 0100 0000 1000 0001 0000 0010 0000 0101 0000 1010

原始二进制 : 0111111101111111000000010000000100010000000100010000000000100001 01111111 : 7F 01111111 : 7F 00000001 : 01 00000001 : 01 00010000 : 10 00010001 : 11 00000000 : 00 00100001 : 21

以第1个信号(BCM_FLWINOpenDegree)为例，从第6位开始，读取7个字节。

使用解析方法2来处理原始CAN帧的二进制流 1000010000000000100010000000100010000000100000001111111011111110

根据上面的dbc文件，我们进行如下示例分析。向can0网卡发送数据 cansend can0 586#d465737400000000, ekuiper 输出以下结果：

我们尝试通过对dbc数据库文件的理解进行分析，看看是否与ekuiper的计算结果一致。在分析前，我们需要了解几点内容：

一般情况下系统的比特序和字节序是保持一致的。 比如：二进制数11010100,若比特序为大端msb，则：最高有效比特位在高位，最低有效比特位在低位，那么：它代表的值为0xd4; 若比特序为lsb，则：最高有效比特位在低位，最低有效比特位在高位，那么：它代表的值为0x2b。

注：Motorola格式有2种表达方式，一种是Motorola_LSB，另一种是Motorola_MSB。Motorola_LSB的起始位是从低字节开始的，而Motorola_MSB的起始位是从高字节开始的。 dbc文件默认表示Motorola_MSB表达方式；而CANdb++则是Motorola_LSB。

3、信号传输，都是以补码的形式传输

分析：

同理，可得到其它信号的layout如图。

要注意其箭头的增长方向，这样我们在提取该信号的值为: Intel = (byte0 >> 3) + (byte1 > 3)为低字节的值，(byte1 > 2) + (byte0 > 2)为低字节的值，(byte0 lsb方向描述一个信号，接下来看看小端是如何描述的

其中20bit是lsb，34bit为ms，所以小端格式下，DBC描述是从lsb->msb的方向描述一个信号

注：Motorola格式有2种表达方式，一种是Motorola_LSB，另一种是Motorola_MSB。Motorola_LSB的起始位是从低字节开始的，而Motorola_MSB的起始位是从高字节开始的。

字节内始终采用 msb(大端位序)，即：信号高有效位在字节内的高位, 信号低有效位在字节内的低位。

CANdb++默认是Motorola_LSB字节序

市场对提升 CAN 总线性能的强烈需求使CAN-FD （Flexible Data rate）应运而生，CAN-FD发扬了CAN 的优点，并弥补了 CAN 的不足，其主要特性如下： （1）采用与 CAN 通信相同的事件触发模式，软件容易开发和移植； （2）最高数据传输速率达5Mbit/s，更好地满足要求高实时性、高数据传输速率的应用； （3）每帧报文的有效数据长为 64 字节，占整帧报文信息超过70%； （4）相比Flexray、Ethernet 等新兴总线的成本更低。

CAN与CAN-FD性能对比

| Frame Type | NO.Data Bytes | Arb.Bit-Rate | Opt.Bit-Rate | Avg.Bit-Rate | Frame Duration |

CAN-FD 传输的基本原理

与CAN一样，填充位插入到SOF和数据场的末尾之间。插入的填充位数值是经过格雷码计算转换后的值，并且用奇偶校验位保护（Stuff Count）。

在CRC校验场中，填充位被放置在固定的位位置，这称为固定填充位（Fixed Stuff Bit FSB）。固定填充位的值是上一位的反码。

CRC校验场的第一位

每间隔4位添加一个固定填充位

CAN FD还在安全性上有了提高。为了避免位填充对CRC的影响，CAN FD在CRC场中增加了stuff count记录填充位的个数对应8的模，并用Grey Code表示，还增加了奇偶校验位。FSB（fixed stuff-bit）固定为前一位的补码。

Stuff Count由以下两个元素组成：

每一个数据帧均由一标志序列界定，这个标志序列由7个“隐性”位组成。CAN FD的帧结尾与CAN相同。

协议解析参数设置：

数据包的ID号为0x010， RTR：false（数据帧）， DLC:0x8（8个数据），Data：0x00~0x07，CRC为0x0C5E7（17位）， ACK：应答。 圆形白点：逻辑数据。 方形白点：填充位。

"现在最新的已经是CAN-FD协议了，数据域直接扩展到64字节，也就是理论最高位速率直接从1M提升到了8M"