CAN总线通讯原理、报文信号解析与测量方法讲解

一、CAN总线

CAN总线应用最多的是汽车领域，CAN是Controller Area Network的首字母缩写，意思是控制器局域网。局域网（Local Area Network，简称LAN）是指在小范围内连接计算机和其他设备的网络，例如若干计*算机与路由器建立连接后，这些电脑之间就可以实现通讯。

CAN和这个也类似，这里的控制器（Controller）在汽车中的专业术语叫ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）。它可以看做一台超小型的计算机，它内部集成了供电系统、单片机、驱动系统，是汽车里面最小的控制模块。

为了能让ECU之间进行通讯，设计了CAN协议，CAN总线在最开始是为了减少铜线的长度而开发的。

而如果不使用CAN总线，那将使用数倍长的铜线，而且线束还非常杂乱。

而通过CAN，ECU只需要挂载到CAN总线上，就可以组成局域网通讯了，大大的减少了线束的长度。

二、CAN总线是如何通讯的？

要进行CAN通讯，需要专门的CAN收发芯片。

它的逻辑1是高电平，逻辑0是低电平，这种普通逻辑我们很好理解。

经过CAN收发器后普通信号就会转换成差分信号。差分线用两根线表示一个信号。

如果给它发一个低电平，它的两根线分别输出3.5V和1.5V，它们的电压差是2V，这是显性电平，表示逻辑0;如果给它发一个高电平，它的两根线输出的都是2.5V，压差是0V，表示逻辑1;这就是差分电平。

同样的，CAN收发器也可以把接收到的差分信号转化成普通电平信号，然后在发送给单片机。

那么差分信号有什么好处呢？如果是普通信号，它只有一根线，当某一点收到干扰，它的电平就会发生跳变，这样就会导致传输出现错误，所以不能进行长距离传输。而CAN通讯采用的差分信号是两根线共同作用，而且是双绞线缠绕，这样即使是受到干扰，也是两根线同时受到干扰，他们的压差保持不变，这样就能保证传递的信息不受干扰。

三、CAN通讯到底在传递什么？

起始位:第一位是起始位，它一定得是逻辑0

识别位:接下来的11位是识别码，根据这11位的识别码就能知道这一帧信息是发给哪一个设备的。

RTR位:接下来的一位是用来区分数据帧或远程请求帧，如果是远程请求帧，这一位是1，如果是数据帧，这一位是0。

控制码:控制接下来的6位是控制码，它是控制数据长度的。第一位IDE位，用来区分标准格式和拓展格式，在标准格式中有11位识别码，IDE位是0;而在拓展格式中，它的识别码有29位，IDE位是1。

下面一位是预留位，它是逻辑0，接下来的四位是DLC位，DLC即数据长度代码，它的二进制编码是0-8。

如果DLC是1，后面的数据位只有1个字节，8位;如果它的数字是8，后面的数据位有8个字节，64位。

CRC码:接下来是16位的CRC码，即循环冗余校验位，它是为了确保数据的准确性而设置的。首先是15位CRC校验码，设备接收端会根据数据计算出它的CRC位，如果计算出来的和接收到的CRC不一致，说明数据存在问题，就会重新发送一遍数据帧。第16位是CRC界定符，它是逻辑1，目的是为了把后面的信息隔开。

ACK码:第一位是ACK确认槽，发送端发送的是逻辑1，接收端回复逻辑0来表示应答;第二位是ACK界定位，它是逻辑1，目的是为了把后面的数据隔开。

结束位:最后7位是结束位，这7位都是逻辑1，表示数据帧传输结束，这就是一串标准数据帧。

如果用差分信号表示，它的电平是这样的。

因为CAN总线上挂载了很多设备，如果是两个设备同时发送信息，此时哪一个设备发送的信息优先呢？

这就要看11位识别码，它不仅是设备的身份号码，而且还代表了优先级。当总线上同时出现逻辑0和逻辑1的时候，总线会被置为逻辑0，另一个数据就不会再发送了。

四、终端电阻

是指连接在CAN总线双绞线两端，用于改善总线通信质量和稳定性的电阻。

终端电阻的作用:

①提高抗干扰能力;

②快速从＂显性＂转到＂隐性＂;（CAN总线可以看做电路，存在寄生电容，终端电阻可以快速消耗能量）

③防止数据在线端被反射。

五、CAN总线的测量

5.1 电阻值测量

（1）测试工具

a.万用表

b.示波器

（2）测试内容及方法

A.终端电阻

a.将小电池正极断开（不断小电池阻值会受影响），整车断电;

b.万用表调到电阻档200欧量程;

c.将万用表的两个表笔连接到诊断接口引脚6（CAN_H）和引脚14（CAN_L)两端，测量PCAN的电阻值，若电阻值为60±10欧，则测试通过;若电阻值为0欧，CAN_H和CAN_L短路。

5.2 电压测量

①万用表红表笔接CAN_H，黑表笔接车身搭铁或地线上。

a.U=3.0±0.5V 标准值;

b.U=0V 与地短路;

c.U＞4V 与5V或12V电源短路。

①万用表红表笔接CAN_L，黑表笔接车身搭铁或地线上。

a.U=2.0±0.5V 标准值;

b.U=0V 与地短路;

c.U＞4V 与5V或12V电源短路。

六、示波器CAN通信报文信号解析

①使用差分探头（设置为50倍），将差分探头的红表笔接在CAN_H，黑表笔接在CAN_L，差分探头的另一端连在示波器上。

②接好后，点到示波器通道其他设置里，先设置探头的衰减比，设置到X50，设置完成后，示波器点击AUTOSET，测到的波形为CAN总线波形。

③将波形调至合适位置，点击总线，选择总线类型为CAN总线，信号类型选择差分类型，CAN标准选择CAN2.0，通道选择所接通道，设置临界值穿过波形，显示格式设置为总线和波形。

位速率（每一个bit的速率）:将时间间隔调小一点，暂停选择当前波形（一个脉冲就是一个bit），测量一个bit的时间间隔，推算出速率。

最后点运行，就可以解码出来波形上携带的信息。示波器无法显示完整的信息量时，可以选择结果表，选择总线解码，点击添加，上面可以显示它的结果表。

解码出来的数据对应于下图:

七、CAN总线报文的信号解析

ECU发出的一帧CAN报文中一般会含有多个信号:

信号分布在CAN报文的数据域中;

协议规定一帧CAN报文的数据域最多8个字节;

企业在设计报文时，一般都固定设置为8个字节。

比如100ms发送一帧CAN报文，每一次发送的这一帧CAN报文中可能有多个信号，信号是从属报文里面的，信号在数据域中。信号的本质就是一些bit，例如有a,b,c三个信号，a信号占1个bit，b信号占4个bit，c信号占3个bit。

这8个字节中每一个信号代表的含义？如何换算成真正的业务数据的值？

主机厂制定信号在数据域中的分布、信号值的换算

信号矩阵表：报文ID、报文的发送周期、信号起始位、信号位的长度、信号值的换算、单位等;

信号矩阵是车企中非常重要资源，比较保密。

CAN报文数据域&字节的二维布局（8字节）:

企业信号矩阵表中的起始位怎么理解？

每一行为1个字节，每字节中有8个bit，每个格子代表一个bit。对每一个bit进行编号

报文187中车速信号的位置应该怎么布局？

为什么从车速信号从起始位40往上走？

该企业矩阵表的信号在整个数据域中的布局方式用的是MoTorola的一种字节序，它跟Intel序相反。

使用CAN工具捕获到的8个字节数据如下，为什么是90km/h呢？

06在Byte4，40在Byte5正好对应于二维布局中车速信号的位置。把16进制 00 00 00 00 06 40 00 00变为二进制，填进二维布局中。

最终怎么表示车速值呢？

根据蓝色箭头的方向，Byte4最左边的数据代表数据最高有效位（MSB），而起始位代表数据最低有效位(ISB)。换算的时候，要把它从最高有效位到最低有效位排列，就组成了二进制车速的原始值:

将二进制转化为十进制，得到的数值为1600。该车速信号存在系数和偏移量。

物理量=原始值*系数+偏移量

经计算1600*0.05625+0=90km/h