CAN总线原理_学习
CAN协议和CANOpen协议是两套不同的协议。从软硬件层次来划分，CAN协议属于硬件协议，而CANOpen属于软件协议。
本文将概述CAN网络，让大家对CAN总线协议有一个全局的概念，再到底层的CAN总线协议知识。
CAN网络可以理解为多台CAN设备连接在同一条CAN总线上组合成的网络，其中的CAN设备我们称之为节点。CAN网络拓扑结构如下图：
如上图，一个CAN节点主要包含三类：MCU应用程序、CAN控制器、CAN收发器。
1. MCU应用程序
MCU应用程序我将其分为三块：业务逻辑代码、协议层代码、底层驱动代码。
A.业务逻辑代码：是根据项目需求而定，也很好理解。比如我读取一个传感器数据，并对其做出相应逻辑处理。
B.协议层代码：比如后续要讲述的CANOpen。
C.底层驱动代码：配置CAN总线相应参数、控制收发的代码。
2.CAN控制器
CAN控制器内部结构还是挺复杂的，一般现在CAN控制器都是与处理器集成在一起。
其实对于编程的人来说，无非也就是包含一些控制、状态、配置等寄存器。
比如我们看到有些STM32芯片带有CAN，也就是说CAN控制器已经集成在STM32芯片中了，我们只需要编程操作其中的寄存器即可。
3.CAN收发器
CAN收发器：将CAN收发引脚（CAN_TX和CAN_RX）的TTL信号转换成CAN总线的电平信号。
PS：你可以把CAN总线通信认为是UART通过485进行通信：CAN控制器就如UART的控制器，而CAN收发器就如485转换芯片。
如图1所示是一个CAN节点的示意图，整体包括了CAN收发器、CAN控制器和MCU。我们以节点发送报文为例，当我们使用上位机软件发送一段报文时，报文会通过MCU发送给CAN控制器。CAN控制器将这段报文解析成逻辑信号后，再发送给CAN收发器。CAN收发器根据CAN-bus标准将接收到的逻辑信号转换成电信号，再通过CAN_H和CAN_L两根总线将电信号传到总线上的其他节点上。
简单说就是MCU将报文发送给控制器，控制器将报文转换成符合规范的CAN报文后，通过CAN收发器以电信号的形式在总线上进行传输。
ISO标准化的CAN协议
了解CAN总线位于OSI所在层次。
1.ISO/OSI基本参照模型
【注】
ISO：International Standardization Organization国际标准化组织；
OSI：Open Systems Interconnection开放式系统间互联；
2.CAN在OSI模型中的定义
【注】
LLC：Logical Link Control逻辑链路控制；
MAC：Medium Access Control媒介访问控制；
从上图可以知道CAN总线底层硬件的内容（CAN控制器、收发器）主要位于OSI的第1层和第2层。
概述CAN总线协议
CAN总线协议：就是为了保证通信（收发）数据在CAN总线上能稳定传输而制订的一套协议。
CAN总线协议的内容很多，为方便初学者理解，本文先大概描述一下CAN总线协议，后续文章详细讲述CAN总线协议的内容。
1.总线信号
CAN总线为「两线」「差分」信号，用隐形代表逻辑1，显性代表逻辑0。如下图：
2.优先级
假如某一时刻，一个设备（节点）往总线发0，一个设备往总线发1。那么总线会呈现什么现象？
答案：最后总线呈现为显性，也就是0。
3.位时序
位时序逻辑将监视串行总线，执行采样并调整采样点，在调整采样点时，需要在起始位边沿进行同步并后续的边沿进行再同步。
简单的说就是对一个bit位分几段进行采样，目的就是提高数据传输稳定性。在STM32中底层驱动代码就需要进行位时序编程，在STM32参考手册中也会发现如下位时序图：
4.帧的种类和格式
帧的种类有多种：
数据帧：用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
遥控帧：用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧。
错误帧：用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。
过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。
帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。
数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11个位的标识符ID，扩展格式有29个位的ID。
逻辑信号如何转换成报文？
CAN控制器是CAN-bus设备的核心元件，集成了CAN规范中数据链路层的全部功能，能够自动完成CAN-bus协议的解析。
当CAN收发器将逻辑信号传送给CAN控制器后，CAN控制器会将逻辑信号转换成符合CAN规范的CAN帧。而CAN帧的类型包括了数据帧、远程帧、帧间空间、错误帧和超载帧。
5.位填充
位填充是为防止突发错误而设定的功能。当同样的电平持续 5 位时则添加一个位的反型数据。如下图：
6.错误的种类
CAN总线的软件报文
在上面这组报文中：
仲裁域，每组报文开头内容，前11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
在仲裁域的最后一位是远程传输请求位（RTR），代表信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧
控制域，前两位是保留位，作为扩展位，DLC表示一帧中数据字节的数目。
数据域，包含0～8字节的数据。
校验域，检验位错用的循环冗余校验域，共15位。
结束域，由七位隐性电平组成。
CAN总线是可靠性很高的总线，共有五种错误：
CRC错误：发送与接收的CRC值不同发生该错误；
格式错误：帧格式不合法发生该错误；
应答错误：发送节点在ACK阶段没有收到应答信息发生该错误；
位发送错误：发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误；
位填充错误：通信线缆上违反通信规则时发生该错误。
当发生这五种错误之一时，发送节点或接受节点将发送错误帧。
CAN节点计数器如何计数：
参考：https://blog.csdn.net/ybhuangfugui/article/details/122852410
https://cloud.tencent.com/developer/article/1635247
https://blog.csdn.net/cai88453626/article/details/131877267
https://www.yoojia.com/ask/17-11637129403634925760.html
