概述
CAN（Controller Area Network，简称CAN）即控制器局域网，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN已成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。
在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发出来。出于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性要求不尽相同，且因多条总线构成的情况复杂、线束数量增加。为了适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需求，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过IS011898及IS0 11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议，CAN的高性能和可靠性已被认同，并广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
CAN协议的特点
（1）它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。
（2）通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1mb/s。
（3）can总线通信接口中集成了can协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作。
（4）can协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，雨代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种数据块编码方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。
（5）数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而倮证了通信的实时性。
（6）can协议采用crc检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。can总线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设各测控单元互连。因此备受工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。
CAN总线的工作原理
CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。
当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的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。
当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。
由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。
CAN总线的优点
（1）高性能：具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；
（2）抗干扰：采用双线串行通信方式，纠错能力强，可在高噪声多干扰环境中工作；
（3）高集成：具有优先权和仲裁功能，可实现多个控制模块通过CAN 控制器集合到CAN-bus 上，从而形成多主机局部网络；
（4）可控性：可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；
（5）验证与纠错：可靠的错误处理和检错机制；
（6）修复能力：发送的信息遭到破坏后，可自动重发；
（7）智能化：节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；
（8）安全性：报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
CAN总线的缺点
（1）不一致性
CAN总线中有一个著名的Last-But-One-Bit 错误。CAN总线2 OA在信息认证（MessageValidaTIon）中规定： 发送器验错的范围可覆盖到帧结束，如果发现错误，以后就按优先权和状态的规定重发; 接 器验错的范围覆盖到帧结束的前一位。因此，如果由于空间干扰、电 源波动等原因，对于帧的倒数第二位，一部分节点A认为无错，一 部分节点B 认为有错，即出现了所谓的ByzanTIne 错误。这时，根 EOF 应该是7 个隐性位，节点B 认为这是一种形式错误，所以就会启动错误帧，通知发送器重发，同时丢弃收到的帧。而认为设错的节点A 由于只查到倒数第二位，因此就会接收此帧。如果在发送器例行的下一次发送前B 通知的重发成功，A就会收到重复帧; 如果重发不成功，B 就丢了一帧。在转向和制动系统中，4 个轮子对命令的不同理解，可能造成性能的下降或其他更严重的后果。
（2）不可预测性
CAN总线将节点状态分为ErrorAcTIve、Error Passive 和Bus Off 三种，这三种状态在一定条件下可以互相转换。不同状态中节点的发送有不同的延迟。最高优先权的信息发送延迟有几种可能： 当节点状态为ErrorAcTIve 时，若总线空闲，则立即发送; 当节点状态为ErorActive时，如果其它帧正在发送，则需等正在发送的报文结束后，再过3 位后发送; 当节点状态为ErrorPassive 时，它有一个出错重发的要求，若没有其它帧要发送，等3 位传送（Intemission）和8 位挂起传送（Suspend Transmission）后重发; 当节点状态为Error Passive时，若总线空闲，出错后等别的信息发送完后再发，等待时间与其它帧的长度有关; 当节点状态为Bus Off 时，需等状态恢复到ErrorPassive 或ErrorActive 再发。
当确认某节点的状态时，还有几个因素需要考虑： 首先，节点由最高优先权的信息和其他信息共用，因此，其他信息在传送过程中出现的错误也会影响到节点状态; 其次，进入ErrorPassive 或BusOff 状态的条件是发送错误计数器与/或接收错误计数器的值，由于CAN 的原子广播特点，其它节点的发送错误或接收错误会开启一个错误帧，从而影响到该节点的接收错误计数器的值，进而影响节点状态。
对于优先权较低的信息来说，发送时间的离散程度更大。在反馈控制系统中，采样调节周期的大范围抖动相当于信号延迟后的变化，它有可能使系统性能下降或不稳定。在与安全相关的开环系统中，抖动可能造成动作顺序的混乱。
（3）信道出错堵塞
节点有可能受干扰或其它原因暂时或永久失效，出错的主机会命令CAN 收发器不断发送消息，即所谓的Babbling ldiot 错误。由于该信息的格式等均合法，因此CAN 没有相应的机制来处理这种情况。根据CAN 的优先权机制，比它优先权低的信息就被暂时或永久堵塞。由于CAN总线存在上述几种根本的缺陷，因此，在更为严格的控制系统中，它将会造成巨大的风险，无法满足安全、环保、节能的要求。CAN 的事件触发协议特点限制了ECU 的应用、开发与生产，不仅用过的ECU 难于重用，而且还不利于改善和开发新的ECU。
CAN总线的应用
（1）楼宇自动化
在楼宇自动化中，现代的建筑安装系统（通风、照明、安全、监控）越来越多地建立在CAN总线系统上，通过其现实开关、按钮、传感器、照明设备、其他执行器和多控制系统之间的数据交换，实现建筑中各操作单元之间的协作，并对各单元不断变化的状态实时控制。
（2）安全监控
在当前的各种监控系统中，普遍存在可靠性、实时性不高，分站缺乏统一规范等缺点，不能够很好地满足实时监控的要求。CAN总线由于具有高数据传输率、完善的规范和协议、高实时性、安全性、可靠性等，可很好解决上述各种问题。多应用如：水电站高边坡监控系统、大型远程高边坡监控网络、辊道陶瓷窖等监控系统。
（3）汽车工业
在汽车工业领域，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置ECU之间进行信息交换，并形成汽车电子控制网络。如：汽车动力系统、制动控制系统、变速箱控制器、仪表、车载网络、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。其应用使汽车的安全性、舒适性、动力性等性能更智能现代化。现在CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面，CAN总线在当今自动化领域成长迅速、被誉为自动化领域的计算机局域网络。它实现了分布式控制系统对象各节点之间进行实时、可靠的数据通信。
