什么是CAN总线？-2
在前文一文读懂can总线（一）中我们简单介绍了can通讯协议，讲了标准can和扩展can以及can消息类型，在本文中将继续为大家深入讲解can总线的位填充机制、错误检测和故障界定、网络拓扑、终端匹配、电缆与接线、差分信号电压幅值。
位填充机制
定义及机制形式
帧起始、仲裁域、控制域、数据域以及crc校验和域，均通过位填充方法编码。
位填充是指：
无论何时，发送器只要检测到位流中有5个连续相同逻辑的位，便会自动在位流中插入一个补码位。
举例来说，如果连续5个显性位，则在5个显性位之后自动插入1个隐性位，接收器会自动删除这个插入的填充位。
数据帧或远程帧的剩余位域（crc界定符、应答域和帧结尾域）形式固定，不填充；错误帧和过载帧也不填充。
作用
1.can网络同步需要足够多的上升沿，这是can协议规定位填充的目的之一。
2.确保数据帧不会被当作错误帧（由6个连续的显性或隐性位组成）、确保正确识别帧结束标志（7个连续隐性位）。
错误检测和故障界定
can总线具有很高的“健壮性”，这是因为can具有多种错误检查机制。
can协议制定了5种错误检测方法，3种位于报文层，2种位于位流层。
如果一个数据帧出现错误，那么这个帧会被丢弃，并且接收节点还会发送一个错误帧。这会强制发送节点重复发送出错的报文，直到接收节点正确接收；如果同一个报文重复出错，达到一定次数后，发送节点可以关闭发送功能以降低对总线的影响。
报文层错误检测
报文层的错误检测包括crc和ack。
crc域包含15位校验、1位界定符；ack域包括1位应答位、1位界定符。
crc校验错误
crc校验错误很好理解，它对数据域以及数据域之前的位生产crc校验。由于一帧can报文数据流很小（最多8个用户数据），所以15位crc的侦错能力非常优秀。
ack校验错误
ack域是怎么起作用的呢？
这是由can协议规定的，即发送节点发送一帧数据后，接收节点必须向发送节点应答，如果发送节点没有收到接收节点的应答信号，就会认为自己发送失败，从而重传数据。
报文层的第三种错误检查方法是
格式检查
。这种检查会监控报文中那些一定为隐性位的域，如果这些域中出现显性位，则检测到格式错误。这些域包括sof、eof、ack的界定符和crc的界定符。
位流层错误检测
位错误
位流层的错误检测之一是发送到总线上的每一个数据位，都会被监视，如果发现发送的位和总线上的位不相同时，产生位错误。
这种监视机制并不会监视仲裁域的位，这是因为多个节点同时竞争总线时，优先级高的节点可能会覆写总线上的仲裁域位。
位填充规则
位流层的另外一个错误检测机制是位填充规则：5个连续相同逻辑位之后，如果第6个位的逻辑还和前五个相同，则产生位填充错误。
网络拓扑
can使用差分信号，需要一对信号线，推荐使用双绞线，网络拓扑如下图所示。
can总线网络拓扑结构图
使用差分信号可以抑制共模干扰、能够增加系统可靠性，允许使用更高的速率。
高速iso11898标准规定了can传输最高速率为1mbps，在这个速率下，传输距离最长40米（挂接30个节点，can信号不隔离）。推荐节点分支长度最大为0.3米、使用带屏蔽或不带屏蔽的双绞线，线缆特性阻抗为120欧姆。
终端匹配
终端匹配电阻大小等于传输电缆特性阻抗，传输电缆特性阻抗由电缆供应商提供，一般近似为：
z=√(l/c)
其中l为电缆单位长度感抗，c为电缆单位长度电容。
由于can收发器结构，从隐性变成显性由晶体管驱动，所以都是很陡的，但是从显性回到隐性，却需要终端电阻来放电，否则就会由于导线分布电容，缓慢放电，导致位宽错误。
所以所谓的近距离、低波特率can总线不加终端电阻的做法，都是错误的。
rs485与can总线不同，由于rs485收发器中一般都内置失效保护电路，在近距离、低波特率下允许不加终端匹配电阻。
电缆与接线
can总线采用差分信号传输，如果使用带屏蔽双绞线，屏蔽层应单点接地。
带单屏蔽层的can电缆剖析与连接线示范
通常电缆截面积越小，其分布电容、分布电感和直流电阻越大。当通讯距离较远时，电容、电感和直流电阻会引起信号衰减，波形失真和抖动。
一般情况下，电缆供应商会提供信号衰减图表。
24-awg电缆衰减和频率的关系
差分信号电压幅值
can电平幅值
如上图所示，两条信号线can_h和can_l静态时均为2.5v左右，此时状态表示逻辑1，称作隐性；can_h比can_l高表示逻辑0，称为显性，此时通常can_h电压3.5v、can_l电压1.5v。
差分电压幅值与电平极性关系
can标准规定，can总线上的差分电压>0.9v才能被识别成显性电平，<0.5v才能被识别成隐性电平，0.5~0.9之间的电平不能确定电平极性。如上图所示。
终端匹配电阻数目与差分电压幅值关系
在实际项目布线时，容易漏加或者多加终端匹配电阻。我们可以通过测量can差分电压幅值来评估是否漏加或多加终端匹配电阻。
如果不计导线电阻，终端电阻固定为120欧姆，单节点can总线差分电压如上图所示。
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无论何时，发送器只要检测到位流中有5个连续相同逻辑的位，便会自动在位流中插入一个补码位。
举例来说，如果连续5个显性位，则在5个显性位之后自动插入1个隐性位，接收器会自动删除这个插入的填充位。
数据帧或远程帧的剩余位域（crc界定符、应答域和帧结尾域）形式固定，不填充；错误帧和过载帧也不填充。
作用
1.can网络同步需要足够多的上升沿，这是can协议规定位填充的目的之一。
2.确保数据帧不会被当作错误帧（由6个连续的显性或隐性位组成）、确保正确识别帧结束标志（7个连续隐性位）。
错误检测和故障界定
can总线具有很高的“健壮性”，这是因为can具有多种错误检查机制。
can协议制定了5种错误检测方法，3种位于报文层，2种位于位流层。
如果一个数据帧出现错误，那么这个帧会被丢弃，并且接收节点还会发送一个错误帧。这会强制发送节点重复发送出错的报文，直到接收节点正确接收；如果同一个报文重复出错，达到一定次数后，发送节点可以关闭发送功能以降低对总线的影响。
报文层错误检测
报文层的错误检测包括crc和ack。
crc域包含15位校验、1位界定符；ack域包括1位应答位、1位界定符。
crc校验错误
crc校验错误很好理解，它对数据域以及数据域之前的位生产crc校验。由于一帧can报文数据流很小（最多8个用户数据），所以15位crc的侦错能力非常优秀。
ack校验错误
ack域是怎么起作用的呢？
这是由can协议规定的，即发送节点发送一帧数据后，接收节点必须向发送节点应答，如果发送节点没有收到接收节点的应答信号，就会认为自己发送失败，从而重传数据。
报文层的第三种错误检查方法是
格式检查
。这种检查会监控报文中那些一定为隐性位的域，如果这些域中出现显性位，则检测到格式错误。这些域包括sof、eof、ack的界定符和crc的界定符。
位流层错误检测
位错误
位流层的错误检测之一是发送到总线上的每一个数据位，都会被监视，如果发现发送的位和总线上的位不相同时，产生位错误。
这种监视机制并不会监视仲裁域的位，这是因为多个节点同时竞争总线时，优先级高的节点可能会覆写总线上的仲裁域位。
位填充规则
位流层的另外一个错误检测机制是位填充规则：5个连续相同逻辑位之后，如果第6个位的逻辑还和前五个相同，则产生位填充错误。
网络拓扑
can使用差分信号，需要一对信号线，推荐使用双绞线，网络拓扑如下图所示。
can总线网络拓扑结构图
使用差分信号可以抑制共模干扰、能够增加系统可靠性，允许使用更高的速率。
高速iso11898标准规定了can传输最高速率为1mbps，在这个速率下，传输距离最长40米（挂接30个节点，can信号不隔离）。推荐节点分支长度最大为0.3米、使用带屏蔽或不带屏蔽的双绞线，线缆特性阻抗为120欧姆。
终端匹配
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电缆与接线
can总线采用差分信号传输，如果使用带屏蔽双绞线，屏蔽层应单点接地。
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通常电缆截面积越小，其分布电容、分布电感和直流电阻越大。当通讯距离较远时，电容、电感和直流电阻会引起信号衰减，波形失真和抖动。
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差分电压幅值与电平极性关系
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终端匹配电阻数目与差分电压幅值关系
在实际项目布线时，容易漏加或者多加终端匹配电阻。我们可以通过测量can差分电压幅值来评估是否漏加或多加终端匹配电阻。
如果不计导线电阻，终端电阻固定为120欧姆，单节点can总线差分电压如上图所示。
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