【嵌入式】CAN协议学习笔记
CAN（Controller Area Network）和CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）是广泛应用于汽车电子、工业控制等领域的串行通信协议，由德国博世公司开发并已成为国际标准（ISO 11898）。以下从协议特点、帧结构、物理层及差异对比等方面详细介绍：
一、CAN协议基础
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核心特点
- 多主通信：所有节点可平等发送数据，通过标识符（ID）仲裁优先级（ID值越小优先级越高）。
- 高可靠性：采用差分信号传输（CAN_H与CAN_L电压差表示逻辑0/1），抗电磁干扰强；内置错误检测（CRC、位填充等）和自动重传机制。
- 实时性：最高速率1 Mbps（40米内），支持远距离低速通信（125 kbps可达1公里）。
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物理层结构
- 使用双绞线（CAN_H/CAN_L）传输差分信号，显性电平（逻辑0）对应电压差≥0.9V，隐性电平（逻辑1）接近0V[[7]][[8]]。
- 终端需连接120Ω电阻匹配阻抗，抑制信号反射。
- 帧类型
- 数据帧：携带实际数据，包含仲裁段（ID）、控制段（数据长度）、数据段（0-8字节）、CRC段等[[11]][[12]]。
- 远程帧：请求其他节点发送数据，无数据段。
- 错误帧：检测到错误时强制发送，中断当前通信。
- 过载帧：用于节点延迟处理。
二、CAN FD协议增强特性
CAN FD在兼容经典CAN的基础上，针对大数据量传输需求优化：
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更高数据速率与长度
- 数据段速率可提升至5 Mbps（甚至8 Mbps），仲裁段保持1 Mbps以确保兼容性。
- 数据段长度从8字节扩展至64字节，减少协议开销。
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改进的CRC校验
- 采用更长CRC多项式（21位或17位），适配扩展数据段，增强错误检测能力。
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帧结构差异
- 新增EDL（Extended Data Length）位标识FD格式，BRS（Bit Rate Switch）位控制数据段速率切换。
三、CAN与CAN FD对比
| 特性 | CAN | CAN FD |
|---|---|---|
| 最大速率 | 1 Mbps | 仲裁段1 Mbps，数据段5-8 Mbps |
| 数据长度 | 8字节 | 64字节 |
| CRC校验 | 15位多项式 | 17/21位多项式 |
| 兼容性 | 所有CAN节点 | 需支持FD的控制器和收发器 |
四、应用场景
- 经典CAN：传统车身控制（车窗、仪表）、工业传感器网络等低数据量场景[[23]][[24]]。
- CAN FD：智能驾驶（雷达/摄像头数据传输）、车载以太网网关、高精度工业控制等大数据量需求领域。
五、开发注意事项
- 硬件要求：CAN FD需专用收发器（如支持SIC）和控制器（如STM32H7系列）。
- 网络混合：FD节点与经典CAN节点共存时，需通过网关协议转换。
CAN与CAN FD通过高可靠性、实时性和灵活性，成为复杂嵌入式系统的通信骨干。选择时需根据数据量、速率需求及成本综合考量。
参考资料：
- CAN通信协议入门
- CAN协议简介与接口介绍