在现代工业控制和汽车电子等领域，CAN 总线发挥着至关重要的作用。CAN 是控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，它是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。下面我们将从多个方面对 CAN 总线进行详细解析。
CAN 总线的优点
CAN 总线具有诸多显著优点，使其在众多领域得到广泛应用。
传输性能优越：其传输速度可达 1Mbps，通信距离远能达到 10km，能够满足不同场景下的通信需求。
无损位仲裁机制：这种机制确保了在多个节点同时发送数据时，能够高效地解决总线访问冲突，保证数据传输的可靠性。
多主结构：总线上的任何节点都可以主动发送数据，提高了系统的灵活性和实时性。
低成本：ECUs（电子控制单元）通过单个 CAN 接口进行通信，大大降低了布线成本。
高集成：CAN 总线系统允许在所有 ECUs 上进行集中错误诊断和配置，方便系统的管理和维护。
可靠性强：该系统对子系统的故障和电磁干扰具有很强的鲁棒性，是汽车控制系统等对可靠性要求较高领域的理想选择。
高效率：可以通过 ID 对消息进行优先级排序，确保优先级的 ID 不被中断，保证重要数据的及时传输。
灵活性高：每个 ECU 包含一个用于 CAN 总线收发芯片，用户可以随意添加 CAN 总线节点，方便系统的扩展。
近些年来，随着技术的发展，CAN 控制器的价格越来越低，进一步推动了 CAN 总线的广泛应用。
CAN 总线网络
CAN 总线网络主要由 CAN_H 和 CAN_L 两条线组成，各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输。为了避免信号的反射和干扰，需要在 CAN_H 和 CAN_L 之间接上 120 欧姆的终端电阻。这是因为电缆的特性阻抗为 120Ω，接上 120Ω 的终端电阻可以模拟无限远的传输线，保证信号的稳定传输。
CAN 收发器
CAN 收发器的作用是负责逻辑电平和信号电平之间的转换。具体来说，从 CAN 控制芯片输出逻辑电平到 CAN 收发器，然后经过 CAN 收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到 CAN 总线上。CAN 总线上的节点都可以根据自身需求决定是否接收总线上的数据。
CAN 信号表示
CAN 总线采用不归零码位填充技术，总线上的信号有两种不同的信号状态，分别是显性的（Dominant）逻辑 0 和隐形的（recessive）逻辑 1。信号每传输完后不需要返回到逻辑 0（显性）的电平。
CAN 的数据总线有两条，一条是黄色的 CAN_High，一条是绿色的 CAN_Low。当没有数据发送时，两条线的电平一样都为 2.5V，称为静电平，也就是隐性电平。当有信号发送时，CAN_High 的电平升高 1V，即 3.5V，CAN_Low 的电平降低 1V，即 1.5V。按照定义：
当 CAN_H - CAN_L <0.5V 时为隐性的，逻辑信号表现为 “逻辑 1” - 高电平。
当 CAN_H - CAN_L > 0.9V 时为显性的，逻辑信号表现为 “逻辑 0” - 低电平。
CAN 信号传输
发送过程：CAN 控制器将 CPU 传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑 0 - 显性电平或者逻辑 1 - 隐性电平）。CAN 发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到 CAN 总线上。
接收过程：CAN 接收器将 CAN_H 和 CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到 CAN 控制器，CAN 控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到 CPU 上。
CAN 数据传输
CAN 总线传输的是 CAN 帧，CAN 的通信帧分成五种，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧（2.0A）和扩展帧（2.0B）。
帧起始：由一个显性位（低电平）组成，发送节点发送帧起始，其他节点同步于帧起始。
帧结束：由 7 个隐形位（高电平）组成。
仲裁段：只要总线空闲，总线上任何节点都可以发送报文。如果有两个或两个以上的节点开始传送报文，就会存在总线访问冲突的可能。但是 CAN 使用了标识符的逐位仲裁方法可以解决这个问题。CAN 总线控制器在发送数据的同时监控总线电平，如果电平不同，则停止发送并做其他处理。如果该位位于仲裁段，则退出总线竞争；如果位于其他段，则产生错误事件。例如，假设节点 A、B 和 C 都发送相同格式相同类型的帧，如标准格式数据帧，它们竞争总线的过程是：帧 ID 越小，优先级越高。由于数据帧的 RTR 位为显性电平，远程帧为隐性电平，所以帧格式和帧 ID 相同的情况下，数据帧优先于远程帧；由于标准帧的 IDE 位为显性电平，扩展帧的 IDE 位为隐形电平，对于前 11 位 ID 相同的标准帧和扩展帧，标准帧优先级比扩展帧高。
数据段：一个数据帧传输的数据量为 0 ~ 8 个字节，这种短帧结构使得 CAN - bus 实时性很高，非常适合汽车和工控应用场合。数据量小，发送和接收时间短，实时性高，被干扰的概率小，抗干扰能力强。
