ELF 1技術(shù)貼|CAN接口淺析：從原理到對(duì)測(cè)

引言

在當(dāng)今智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，各種電子設(shè)備間的高效通信成為了技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。而控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，簡(jiǎn)稱CAN），作為嵌入式系統(tǒng)中不可或缺的通信協(xié)議，正扮演著鏈接橋梁的重要角色。本文將帶各位小伙伴深入了解CAN接口的基本原理。

CAN總線介紹

CAN總線采用廣播通信模式，意味著網(wǎng)絡(luò)中的每一節(jié)點(diǎn)都能接收傳播于總線上的所有數(shù)據(jù)報(bào)文，并非定向傳輸至特定節(jié)點(diǎn)。這一特性確保了信息的廣泛可達(dá)性，不過(guò)，各節(jié)點(diǎn)并非被動(dòng)接受所有信息。實(shí)際上，CAN技術(shù)內(nèi)置的硬件過(guò)濾機(jī)制使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)能智能化篩選，僅對(duì)與其相關(guān)的報(bào)文作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了有效的信息過(guò)濾與處理策略。

總線采用不歸零制編碼結(jié)合線與邏輯設(shè)計(jì)，確保了信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。在此機(jī)制下，各個(gè)模塊經(jīng)由線與邏輯相連至總線，這意味著當(dāng)單一節(jié)點(diǎn)輸出邏輯0時(shí)，即使其余節(jié)點(diǎn)均發(fā)出邏輯1，總線信號(hào)也會(huì)被強(qiáng)勢(shì)界定為邏輯0，體現(xiàn)了總線在信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)中的獨(dú)斷性。

CAN總線上的電平

CAN2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：總線空閑時(shí)，CAN_H和CAN_L上的電壓為2.5V；

在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，顯性電平（邏輯0）：CAN_H 3.5V CAN_L 1.5V；

隱性電平（邏輯1）：CAN_H 2.5V CAN_L 2.5V；

CAN標(biāo)準(zhǔn)定義四種不同的報(bào)文類型（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀）。報(bào)文使用逐位仲裁智能方案來(lái)控制對(duì)總線的訪問(wèn)，每條報(bào)文都帶有優(yōu)先級(jí)標(biāo)記，在協(xié)議中規(guī)定ID小則優(yōu)先級(jí)高。CAN總線拓?fù)鋱D如下圖：

ElfBoard開(kāi)發(fā)板 CAN接口硬件電路介紹

ELF 1開(kāi)發(fā)板在其底板上集成了1路CAN接口，而ELF 1S開(kāi)發(fā)板則通過(guò)擴(kuò)展板增設(shè)了額外的1路CAN接口，這一接口經(jīng)由3.81mm間距的綠色端子引出。

當(dāng)前，ELF 1開(kāi)發(fā)板搭載了TJA1040T型CAN收發(fā)器。關(guān)于CAN模塊原理圖如下圖所示?？紤]到TJA1040T器件的輸出端RX輸出的是5V電平信號(hào)，這可能對(duì)核心板的3.3V工作電壓環(huán)境構(gòu)成兼容性挑戰(zhàn)。為保護(hù)核心板，采取了電壓匹配措施：通過(guò)電阻R51和R54實(shí)施分壓，將RX信號(hào)平滑過(guò)渡至3.3V，隨后安全送至處理器的CAN1_RX輸入端口，從而保障了系統(tǒng)間通訊的穩(wěn)定。

為了優(yōu)化外部電路設(shè)計(jì)，各位小伙伴可以參考以下的TJA1040T芯片功能框圖和引腳詳解。這些資料將加速大家對(duì)TJA1040T芯片特性的理解進(jìn)程。

關(guān)于CAN接口的設(shè)計(jì)建議

（1）核心板最多可支持2路CAN；

（2）設(shè)計(jì)CAN接口時(shí)要注意收發(fā)器和核心板之間的電平匹配；

（3）終端電阻可以預(yù)留插針通過(guò)跳線帽選擇使用；

關(guān)于CAN接口PCB的設(shè)計(jì)建議

（1）CAN使用差分布線，預(yù)留120Ω端接電阻；

（2）連接端口建議預(yù)留地信號(hào)；

CAN接口對(duì)測(cè)

ELF 1S開(kāi)發(fā)板提供兩路CAN接口，CAN1 集成于底板之上，而 CAN2 則集成在擴(kuò)展板上。為了實(shí)現(xiàn)雙向 CAN 測(cè)試，需將 CAN1 與 CAN2 兩端的信號(hào)線對(duì)應(yīng)相連——即高位H線相互接通，低位L線同樣相連，以確保兩者間的直接通信鏈路暢通無(wú)阻。

開(kāi)發(fā)板啟動(dòng)之后，在命令行輸入以下命令，對(duì)CAN1配置波特率為125000：

root@ELF1:~# ifconfig can0 down //關(guān)閉can1 root@ELF1:~# ip link set can0 up type can bitrate 125000 triple-sampling on //設(shè)置can1波特率 flexcan 2090000.can can0:writing ctrl=0x0e312085 IPV6:ADDRCONF(NETDEV_CHANGE):can0:link becomes ready root@ELF1:~# ifconfig can0 up //開(kāi)啟can1

對(duì)CAN2配置波特率為125000：

root@ELF1:~# ifconfig can1 down //關(guān)閉can2 root@ELF1:~# ip link set can1 up type can bitrate 125000 triple-sampling on //設(shè)置can2波特率 flexcan 2094000.can can1:writing ctrl=0x0e312085 IPV6:ADDRCONF(NETDEV_CHANGE):can0:link becomes ready root@ELF1:~# ifconfig can1 up //開(kāi)啟can2

設(shè)置CAN2接收數(shù)據(jù)：

root@ELF1:~# candump can1 & //can2以后臺(tái)方式接收數(shù)據(jù) [1] 686

CAN1發(fā)送數(shù)據(jù)：

root@ELF1:~# cansend can0 123#1234567891234567 //can1發(fā)送數(shù)據(jù) root@ELF1:~# can1 123 [8] 12 34 56 78 91 23 45 67 //can2接收到數(shù)據(jù)

CAN2接收到CAN1發(fā)送的數(shù)據(jù)。

至此就完成了對(duì)CAN接口的介紹，期待這篇文章能讓各位小伙伴對(duì)CAN接口有一個(gè)全面而深入的理解，推進(jìn)各位嵌入式愛(ài)好者在學(xué)習(xí)的道路上不斷前進(jìn)。