CAN学习方法（知乎）
链接：https://www.zhihu.com/question/26776219/answer/244433861
来源：知乎
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说下我的学习过程。刚到公司的时候我根本不知道什么是CAN，甚至连以太网和串口通讯都不懂。领导把USBCAN分析仪拿给我，把铜线短接上，用软件在CAN1窗口点下发送，CAN2窗口马上接收到了发送出来的数据，ok，成功了。这就是CAN通讯。所以第一点，你想学汽车CAN总线，你首先要有个USBCAN分析仪。否则你无法看到CAN总线的原始数据。示波器？需要购买有CAN总线数据分析功能的示波器。
1.一个USBCAN分析仪（买或者自己做）
分析仪这东西我看知乎上还是土豪居多。USBCAN分析仪属于舶来品，原产于欧洲，我们国内用的较多的有VN1630A（Vector出品，用CANoe软件），PCAN-USB（PEAK公司出品，国内用量大），Kvaser的USBCAN（瑞典知名公司），USB2CAN（IXXAT公司，德国），NI自己的USBCAN。其特点是昂贵但功能强大，Peak最便宜的无隔离版本也要2000多块，Vector的硬件价格更是极高。作为学生党买不起，何谈学习？接下来说下国产货，ZLG作为知名的嵌入式龙头企业有很多CAN设备卖，但同样的，价格上也是1200-2200人民币不等，小贵。最后是平民价位的CAN分析仪，淘宝和京东都有，200-600元不等，这个价位大家还是可以接受的。在这里不推荐大家购买250元以下的分析仪。很便宜的分析仪大多是USB转串口，再转CAN，这样的分析仪接收高负载数据时会出现丢帧的现象，之后我们也会说下如何自制一台这样的USB转串口转CAN分析仪。别图便宜，看下淘宝销量排行，不要省那100元钱，用不好还要退货，麻烦。总结下，初学CAN，如果有足量科研经费，应该优先采购欧洲设备，毕竟软件功能多，性能好；如囊中羞涩，先买平价国产分析仪接收数据完全可以满足需要。附：USBCAN的百度词条
2.基础知识扫盲
第一点完毕。第二点是足额的CAN技术扫盲，来源是书和度娘。入门书籍的选择很重要。在这里推荐的是《项目驱动:CAN-bus现场总线基础教程 周立功 新华书店正版畅销图书》。这书实在便宜还好用。推荐大家花时间把前两章反复看几遍。
高速CAN的电平信号（有差分电压表示0，没有则表示1）
CAN总线标准数据帧的结构（无需过多了解）
你说我不喜欢看书，直接上资料？有的。清华PPT和大众PPT是典范，链接在下面。
你说我是搞ARM的，最近公司让我用STM32开发CAN接口设备，下面是初级入门用的材料。
链接：https://pan.baidu.com/s/1goTfK1QjNVirbdtqQLFs4w 密码：84sd
链接：https://pan.baidu.com/s/1rs2zmZZYs2LFYgro7bmd-A 密码：zdgq
这个是野火和正点原子两家的开发手册，翻到CAN总线那部分，推荐直接使用ST的库函数，先实现功能，有余力再看寄存器，免得走弯路。这手册里面的CAN总线更侧重于开发和使用，基础的东西讲得少。
3.找个CAN设备测量数据
第三点是实际操作，在实际测试中巩固理论知识。
CAN总线不是空中楼阁。不管你测什么东西的CAN信号都行，重要的是，你要接收到那些宝贵的CAN总线数据。举个例子，你的汽车，你们项目组租的车，你导师的车都行。反正我能想到的最方便的资源就是你身边的车，只要是09年之后的车都带CAN总线。我当时是测我自己的速腾车，但OBD接口的CAN被阉割了，没有数据。后来从汽车之家论坛中发现空调CAN线能引出来，这样才引出了两条宝贵的100K波特率舒适CAN总线，测出了很多数据。
汽车的CAN分为动力CAN和舒适CAN，具体可以看PPT。我测的速腾舒适CAN内容很丰富，车门、尾箱打开还是关闭，安全带，档位，油量，手刹，方向盘转角等等一应俱全，但都是CAN总线源码，你不知道哪个信号是车门信号。这个就叫做逆向破解了。你需要频繁的开关车门来确定车门信号所对应的帧ID和帧数据。你动，它跟着动，你不动，它也不动，那就是它了。
什么是帧ID？在实际应用中，CAN总线一个帧主要由帧信息，帧ID和帧数据组成。CAN总线又分为3种，高速CAN、容错CAN、单线CAN。妈呀，啥是高速CAN？高速CAN有别于容错CAN和单线CAN，高速CAN的电平静默2.5V，上下限是3.5V和1.5V，容错CAN显性时则为1V和4V，故可用万用表量出。容错CAN和单线CAN的市场占有率小，可暂时不学。附录：高速CAN、容错CAN、单线CAN区别
高速CAN,低速CAN, 单线CAN 比较
帧信息：四类，标准数据帧（汽油车、电机）、标准远程帧（少见）、扩展数据帧（广大柴油车、部分汽油车）、扩展远程帧（少见）
有童鞋经常会问到CAN2.0A和CAN2.0B是啥，2.0A是标准的意思，帧ID11位，也即0x000-0x7FF。2.0B是扩展的意思，帧ID最高29位，也即0x0000 0000-0x1FFF FFFF，要注意2.0B已经包含了2.0A，他们俩是包含与被包含的关系。
帧ID是什么？通俗讲是CAN的一种“地址”。CAN有个特点是竞争机制，帧ID越小越有占用总线资源的权利，越会优先发送。举个例子，灯光信号帧ID0x555，发动机温度传感器帧ID0x111，那么当两个信号同时发出时，发动机的信号会优先发送，灯光在后面排队。通常在一个CAN系统中，不同的设备，发出CAN信号的帧ID都是不一样的，或者说，CAN信号的每个帧ID都有一个固定的用途。如果CAN信号的帧ID的用途被确定下来，并在一个文档中得到了解释，那么我们管这个叫CAN总线的应用层协议，或者高层协议。常见的有ISO15765-4，SAE J1939，CANopen（电机和挖沟机控制器用）。而这个文档在车辆行业中叫DBC文件，它对车辆CAN总线上的每个帧ID及每个帧数据都做了注释。
11位和29位是什么意思呢？现在说下，11位指的是标准帧的帧ID范围是0x000-0x7FF（0x是十六进制的意思），7FF翻译成二进制是111 1111 1111，对吧，十一个“1”。同理，29位指扩展帧的帧ID范围是0x0000 0000-0x1FFF FFFF，1FFF FFFF翻译成二进制是29个1。大致明白了吧。29位的分配ID能力比11位的强，11位总有些地方不够之感。
帧数据很简单了，说下特色吧。与串口相比，CAN的帧数据只有8个字节，即64个位，不会再多了。当然，CAN FD作为新型总线解决了仅有8字节这个问题。有兴趣大家可以了解下CAN FD。
波特率忘了，CAN的波特率都是整数，要注意。常见的车辆波特率有500K，250K，125K，100K。波特率这东西和收音机频率一样，如果两个CAN设备的通信波特率不一致的话，是不能进行通讯的。
常见CAN高层协议及其波特率
终端电阻，CAN和RS485一样，要在终端减少差分信号的反射。我记得最经典的一张图是这么画的，水流在试管（平躺）的尾部受阻，水也就涌了回来。差分信号也是如此，你不在两个终端加电阻，信号会反弹回来影响通讯。详细的看书吧，不细讲了。这东西总线上要有两个，两个120欧姆的电阻，并联，最远的两端一边一个。多了不行少了也不行。你不确定的话，用万用表量一下，CANH和CANL之间60欧姆左右最好。
CAN总线的终端电阻
好的，现在你应该已经明白，帧ID、帧信息和帧数据都是什么，知道CAN总线波特率是什么，终端电阻是什么，重要的是，你收到一个陌生设备发出的CAN总线数据了。你成功的迈出了学习CAN总线最重要的一步。如果你连接不上你的车或其他CAN设备，那属于连接问题，请参阅指导文档
https://jingyan.baidu.com/article/3a2f7c2e213d1d26afd61197.htm
4.理解CAN高层协议
第四点，你需要找一个高层协议来进行CAN数据与实际含义对号入座。比如ISO15765-4协议和SAE J1939协议，看文档，明白CAN总线是如何在某个帧ID中传递转速等模拟量，传递灯光信号等数字量。
举个例子，J1939柴油车协议中，0x18F00402这个帧ID表示EEC1，它的第四个和第五个帧数据，假如是0x02,0x03，那么发动机转速如何表示呢，转速=2x0.125+3x32=96.25，这个就是真实的发动机转速值。它是有公式在里面的，这个事情是在协议中规定好的。用第四个帧的十进制数据乘以0.125，再加上第五个帧的十进制数据乘以32，你就得到了实际的发动机转速。对CAN总线协议的理解就说到这里。知道帧ID和帧数据的意思，你就可以对复杂的CAN总线16进制数据了如指掌。
SAE J1939协议截图
大众某车型的CAN数据含义
我们再看一个例子，上图是大众某畅销车的数据解析结果，帧ID为0x390的标准数据帧，第三个帧数据如果为0x40说明左前车门关闭，如果为0x41说明左前车门打开。这个有什么意义呢？如果我们做一款中控车机，我们知道有一个功能叫车辆状态读取，如果车门未关但车辆已开始行驶，车机需要知道左前门目前的状态，通过什么呢？就是CAN总线。车机会读取CAN总线的信息，得知车体的门信息、安全带信息、手刹信息等，通过语音模块给予驾驶员必要的提醒。话说我有时真的会忘记放手刹，真的很感谢德赛西威的车机及时提醒我。
很多上了年纪的工程师，经常甩给我一个某某车厂零部件的通信协议，说：”我发什么数据给它，它才能动作啊？车厂的人只给了我这个通信协议，我也看不懂。”其实通信协议上面写明了帧ID和帧数据意思，按图索骥，你就可以发一条CAN数据，启动汽车的某个部件，很神奇。
5.做些关于CAN总线的项目（硬件接口或上位机）
第五点，做些实际的项目吧，可以帮助身边的亲们做些CAN总线有关的外延工作。比如我做的是CAN总线的接收设备。因为公司有一些新品测试工作，这些工作绝大多数都需要检测CAN口的好坏，所以我用stm32设计了一个简易的反弹信号电路，如果测试不通过会亮红灯。被嘉立创收了很多贴片的钱以后，实体电路板上线了，同事用的很开心。在这里强烈推荐硬件基础弱的同学直接用立创EDA，这个EDA软件的封装啊、部分原理图都是共享的，选件的时候还可以考虑贴片的问题，很多小电阻、小电容什么的可以直接贴在你设计好的电路板上，极大程度上节省你的时间。我除了接插件和主芯片不用它家贴，其他都是直接让嘉立创贴好再给我邮过来。
学CAN总线还是需要用项目来背书的，如果你软件方面牛，可以用第三方的CAN分析仪当硬件，自己开发上位机软件，开发一些有特殊功能的软件，我国目前缺少诊断、数据分析、协议分析等方面的软件，尤其是汽车方面，绝大多数为英文的，需要从国外购买。我能想到的有电动车充电管理系统，车辆信息读取软件，CAN Bootloader软件等。我日常接触的比较常见的软件有BMS电池管理系统、消防信号管理系统、伺服电机管理系统什么的。CAN不算是新鲜货，主要的应用领域集中在汽车、BMS、电机控制等几个方向内。
如果你硬件方面不错，可以尝试下汽车类CAN总线设备的开发，ARM9，Cortex M3，DSP都可以的，懂些CAN总线终归是好的。这方面有市场，朗仁做汽车诊断仪，格尼希尔做远程启动，腾讯前些年有腾讯路宝，还有铁将军，BMS相关企业，甚至是无人驾驶，都离不开CAN总线的相关开发。
想要学习汽车CAN总线，首先要了解汽车CAN总线概述、汽车误撞诊断协议的发展、基于UDS的ISO15765协议等这些关于CAN总线的前世今生。
汽车诊断协议的发展
当今车辆的电控系统越来越多，比如发动机系统ABS、SRS、电动车窗、悬挂、电动箱子等等。与此同时，监控已经遍布于车身的各种传感器，我们能够获取实时状态信息，并将这些信息发送到相应的控制单元当中。每个控制单元同时可以接受各种各样的信息，并对各种信息进行处理、分析，随后发出相关的指令。比如发动机系统可以接受来自进气压力传感器、发动机温度传感器、油门踏板位置传感器、发动机转速传感器等信息，经过分析和处理之后会发送相应的指令来控制喷油嘴的喷油量，比如说喷油时间、喷油脉宽及点火提前角等。
其他的控制单元工作原理同发动机系统类似，车身上的这些控制单元并不是独立工作，而是作为汽车这样一个整体，它需要信息的共享，因此存在一个信息传递的过程。CAN总线就是把以前一线一用的专线制改成一线多用制，这样可以大大减少汽车上电线的数量，也可以简化整个汽车的布线。在形成OBD-II标准之前，各厂商的汽车诊断座均不相同。比如奔驰为38帧，美洲车12帧，欧宝为10帧，丰田为17帧，宝马为20帧，本田为3帧，澳大利亚西亚款6脚等。
各种各样的诊断插头
各种类型的诊断协议
由于各厂商汽车诊断座与诊断协议差别巨大，导致汽车发生故障时其类型难以判定。因此，SAE（美国机动车工程师学会）制定了OBD-II标准，实行标准检测程序，并且具有严格的排放针对性，用于实时监测汽车尾气排放情况。
OBD-II标准诊断座
在CAN总线形成标准协议前，欧洲和大部分亚洲汽车采用ISO9141协议，美国通用汽车（GM）使用SAE J1850 VPW通讯协议电路，福特（FORD）汽车则采用SAE J1850 PWM通讯协议电路。可以看出此前以KWP2000协议居多，KWP2000协议最初是基于K线的诊断协议，但由于K线的物理层和数据链路层在网络管理和通讯数据上的局限性，K线逐渐无法满足日益复杂的车载诊断网络的需求。而CAN总线由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯数据和灵活可靠的通讯方式，在车载网络广受青睐，绝大多数车场目前都是采用CAN总线的方式。所以基于K线的KWP2000物理层和数据链路层的协议逐步被基于CAN线的KWP2000协议，也就是ISO15765协议所取代。
K线与CAN总线的比较
K线通信速率较慢，最大达10.4 Kbit/s。此前有一款老款的宝马车是115200bit/s的波特率，但是这种非常罕见。CAN线通信速率可达到1 Mbit/s，其中以500 Kbit/s和250 Kbit/s为主。在传输方面，K线采用单线传输的方式，以字节为单位进行传输，CAN线则以差分信号传输的方式，以CAN帧为单位进行传输。在出错处理中，K线必须要由开发者，如tester，ECU等来完成相应的仲裁处理。而CAN线在物理层面具有完善的通信错误处理机制和总线仲裁机制。报文长度方面，K线最大255个字节，CAN线则是4096字节（指数据域）。
物理层基于K线
对于OSI分层中的应用层，它的增强型的诊断是基于ISO 14230-3协议，此外还有一些由厂商自行进行定义。而与排放相关的诊断是基于ISO 15031-5协议。
ISO14230协议
KWP2000协议的数据结构由帧头、数据字节和校验和三部分组成。帧头包括起始字节、原码、目的地址和帧长。数据字节包括SourceID与有效字节，共255个字节，最后是累加校验和。这三部分就组成了一帧的数据进行通讯。
KWP2000协议由于是以字节为单位，所以会涉及到时间。从下图中可以看出它共有四个时间：Tester的字节时间，ECU 1与ECU 2的字节时间，以及ECU收到Tester之后的帧间隔时间。
一般情况下，P4Tester的字节时间一般默认是20ms左右。P2表示ECU间隔Tester的时间，一般默认是50ms。ECU的P1字节时间默认也是20ms。假设Tester发送8个字节数据，ECU也回复8个字节，P2的间隔时间是50ms，那么获得一帧数据需要320ms的时间，这样获取汽车ECU的数据时间就比较长，效率比较低下。
物理层基于CAN线
基于CAN线的OSI分层结构，其增强型的诊断是基于ISO 14229-1协议与ISO 15765-3协议。而它的排放标准与K线相同，都是基于ISO 15031-5协议。
ISO 15765协议
汽车CAN总线概述
简介
CAN总线最初并不是用于功能开发，而是一种串行的通讯方式，它有着很高的安全等级。特性：
- 报文可区分优先级，通过ID号进行区分；
- 保证延迟时间；
- 设置非常灵活；
- 时间同步的多点接收；
- 系统内数据的连贯性；
- 多主机（任何一个节点都可以当主机）；
- 错误检测和错误标定；
- 只要总线一处于空闲，它就将自动破坏的报文重新进行传输。
- 可以将节点的暂时性错误和永久性错误区分开来。
差分信号采用双角线CAN H和CAN L
汽车CAN总线网络拓扑结构
从下图总线中可以看到，在总线中一般挂有很多的ECU，相关的ECU就近采集相关传感器的数据，通过总线来进行传输，这样就可以大幅减少汽车整车的布线。
报文传输
报文的传输中帧格式分为11位识别符的标准帧与29位识别符的扩展帧。帧类型则分为数据帧、远程帧、错误帧和过载帧，这里主要讨论数据帧。
报文滤波的作用是通过设置硬件的滤波器从而过滤不需要被接受的CAN报文。汽车上的节点非常多，但对于每个节点来讲并不是需要所有的数据。比如在ABS系统并不需要掌握发动机的参数信息，此时就可以通过设置滤波器而过滤掉这些数据，起到滤波器的作用。
数据帧由七个不同的位场组成：帧起始（Start of Frame）、仲裁场（Arbitration Frame）、控制场（Control Frame）、数据场（Data Frame）、CRC场（CRC Frame）、应答场（ACK Frame）、帧结尾（End of Frame）。仲裁帧可以用来区分该帧是11位的标准帧还是29位的扩展帧，以及是数据帧还是远程帧。
基于UDS的CAN总线ISO 15765协议
Network layer protocol data units
网络层的ISO15765协议最多可以发送或接收4096个字节。
从上图中可以看到PDU有四组数据类型，分别是单帧的SF N_PDU，首帧的FF N_PDU，连续帧的CF N_PDU和流体控制帧的FC N_PDU。
单帧第一个字节的高四位是0，低四位表示帧长，即这一帧有几个字节的有效数据。
首帧第一个字节的高四位是1，第一个字节低四位与第二个字节一同组成帧长，所以最大的是4095个字节。
连续帧第一个字节的高四位是2，SN表示计数器。
流体控制帧第一个字节的高四位是3，低四位是FS（FlowStatus），当FS为0的时候表示继续发送，1表示等待，2则表示溢出。BS为0表示ECU或Tester可以持续回复连续帧数据，BS值非0表示回复连续帧的帧间隔之间可以插入一帧流体控制帧。STmin可以控制连续帧的帧间隔时间，当一些控制器速度达不到要求时，可以通过控制连续帧的帧间隔时间，使其存储到缓冲器中，进行处理。
CAN的UDS
基于CAN的UDS，就是基于ISO 14229-1协议。从下图中可以看到ISO 14229-1协议有不同的Service Id，可以支持不同的服务需求。
比如10表示可进行Diagnoistic Session Control操作，11表示可以对ECU进行Reset操作，27表示可进行Security Access操作等等。
此外还有一些sub-function，不同的sub-function支持不同的功能。比如说Security Access由两帧组成，假设01表示是访问seed，获取种子，在获取到种子之后发送，获取到解析的种子协议再返还回去才能够安全访问。
22表示读取数据信息，23表示可进行Memory By Address操作，19是读取故障码信息，14是清除故障码信息，还可以对ECU进行上传、下传数据等各种操作。
ISO 15031-5协议
基于排放标准的OBD协议，排放标准是ISO 15031协议共有七个章节，每个章节定义不同的内容，主要是以第五章为主。
排放标准的ISO 15031-5协议共有九个服务，不同的服务有不同的功能，在下图均都描述。
我们以Service$01: Request Current Powertrain Diagnostic data（请求动力系当前数据）来解析ISO 15031-5协议。
每一个PID表示一个传感器，也可以说表示一个数据流，数据流既有状态值，也有数据值。但并不是所有的车都支持所有的PID。首先访问00，如果ECU得到的数据用bit的形式来表示，如果是1表示支持当前的PID，0则表示不支持当前的PID。
所有基于排放标准的ECU，均支持Service$01，即请求动力系当前数据的D00组数据，也就是说如果想获取相关00组的数据，绝大部分车是支持的。
在获取支持有效PID后，就可以访问实际的PID值，每一次可以访问六个PID。
上图表示00组可以支持01—20组的PID，20可以支持21—40组的PID，以此类推。
上图表示发送0100后ECU的回复。回复41+40，01+40或41表示当前请求动力系当前数据，00表示访问PID获取有效的PID。可以看到第一个字节BF是1011111，即当前ECU支持PID的数据为01及03—08，这7个PID数据，以下类似。
在获取到有效的PID后，我们需要进一步读取当前PID的实际内容，每次最多可以读取六个PID值。15表示Bank 1 – Sensor 2，01表示当前的故障灯状态及故障码数量；05表示冷却液温度等等，如上图所示。
回复值的顺序与初始发送的数据并不一定相同，但是会先发送PID的组号，再补充PID当前组号的实际内容。通过上图可以知道，41表示请求动力帧回复；05表示冷却液温度；61表示冷却液温度的实际值，其他类似。
15031-5协议的Mode 1
上图为Mode 01中PID的一部分。第一列表示PID的序号，后面有不同数据流内容的描述。比如第一个是前文提到的故障码状态与故障码数量，PID2表示冻结的故障码，第三个是Fuel system status。12表示发动机转速，对于转速的最小值、最大值、单位、公式都有具体的规定。
汽车诊断协议的获取通常有三种方式获取骑车诊断协议：
- ISO 15031-5，由于目前所有车都支持ISO 15031-5协议，所以通过ISO 15031-5协议可以获取大部分的数据信息；
- 厂家原厂协议，适用于部分不在15031-5内，由厂家自行定义的协议；
- 第三方工具破解诊断协议。当拿不到原厂协议，需要获取的信息也不在ISO 15031-5里时，只能通过第三方工具进行破解，比如原厂诊断仪和综合诊断仪等。
原厂诊断仪：日产Consult诊断仪、丰田GTS诊断仪、本田HDS诊断仪、大众5053/5054诊断仪等。
综合诊断仪厂家：元征、金奔腾、朗仁、道通AUTEL、BOSCH等。
汽车诊断仪破解过程：
Step 1：
利用第3方工具采集实车诊断数据；
Step 2：
编写汽车模拟程序，即模拟汽车ECU和汽车诊断工序进行通讯；
Step 3：
破解诊断协议，目前基本上均为手动破解；
Step 4：
编写汽车诊断程序；
Step 5：
实车测试。
