【技术分享】CAN总线相关知识探讨以及Model3C两路CAN的应用

一、 CAN总线相关知识

CAN总线概述

• CAN（Controller Area Network）总线是一种高实时性、高可靠性和灵活性的串行通信协议，广泛应用于汽车和工业控制系统中。它由德国BOSCH公司开发，最高速率可达到1Mbps，具有强大的检错和处理机制，以及高抗干扰性和自诊断能力。

1.CAN总线特点

• 高实时性：CAN总线采用非破坏性仲裁技术，确保高优先级数据能够优先传输。
• 高可靠性：CAN总线具有强大的错误检测和处理机制，包括CRC校验、应答机制等，能够有效提高数据传输的可靠性。
• 灵活性：CAN总线支持多种操作模式，如正常模式、只听模式、自测模式等，满足不同应用场景的需求。
• 扩展性：CAN总线支持多个节点同时接入，方便用户根据实际需求进行灵活配置和扩展。

2.为什么CAN节点ID不能相同

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车和工业自动化领域的串行通信协议。在CAN总线网络中，节点ID（标识符）用于区分不同的报文和数据源，确保数据能够准确无误地传输到目标节点。节点ID不能相同的原因主要有以下几点：

• 仲裁机制：CAN总线的仲裁机制是基于报文的ID进行的。当多个节点同时向总线发送报文时，CAN控制器会监听总线上的电平信号，并根据报文的ID进行仲裁。ID数值越小的报文具有越高的优先级，会优先被发送。如果两个或更多节点具有相同的ID，那么仲裁机制将失效，因为所有具有相同ID的节点都会认为自己具有发送报文的优先权，从而导致总线冲突和数据传输错误。
• 避免数据冲突：为了确保CAN总线上的数据传输高效且有序，每个节点都需要一个唯一的ID来标识其发送的报文。这样可以有效避免不同节点之间的数据冲突，确保每个报文都能被正确接收和处理。
• 提高系统稳定性：如果允许节点ID相同，那么CAN总线网络将变得不稳定且难以管理。因为当多个节点同时发送数据时，由于ID相同而无法进行有效的仲裁，这可能导致总线拥塞、数据传输失败甚至整个系统崩溃。

3、CAN总线常遇到的问题

• 通信错误：由于CAN总线上的节点之间存在不同的优先级，可能导致数据冲突。此外，错误的软件实现或硬件设计也可能导致通信错误。
• 总线短路：CAN总线上连接的电气设备可能因为短路而损坏总线系统。这通常是由于设备的接地问题、电源问题或其他电气问题导致的。
• 错误帧：CAN总线上可能会出现错误帧，这些帧包含了错误的ID或者CRC校验错误等信息。错误帧的出现可能会导致总线上的其他节点误判情况，从而影响整个系统的正常运行。
• 总线过载：当CAN总线上的节点数量过多或者通信数据量过大时，可能导致总线过载，从而影响通信性能和稳定性。
• 总线阻塞：在某些情况下，CAN总线上的节点可能会长时间保持发送状态，从而导致其他节点无法发送数据，这种现象被称为总线阻塞。
• 总线错误：CAN总线上的节点可能会发生硬件故障，例如控制器损坏、接口损坏等，这些情况都可能导致总线错误。
• 总线干扰：CAN总线可能会受到外部电磁干扰，如电源干扰、射频干扰等，这些干扰可能导致总线上的数据传输出错。

4、以个位数价格的工业级HMI芯片–Model3C为例， 2路CAN的应用

Model3C是启明智显推出的一款基于RISC-V的高性能、国产自主、工业级高清显示与智能控制MCU，集成了先进的工业HMI技术和双CAN通信技术。其2路CAN的应用主要体现在以下几个方面：

• 双通道冗余设计

Model3C采用双通道冗余设计，当其中一个CAN通道出现故障时，另一个通道可以立即接管数据传输任务，确保系统的持续运行。这种设计大大提高了系统的可靠性和容错能力。

• 快速数据传输和稳定通信

Model3C配备的2路CAN接口支持多种通信速率和操作模式，能够满足不同应用场景下的数据传输需求。同时，CAN总线的高实时性和可靠性保证了数据传输的快速性和稳定性。

• 灵活配置和扩展

Model3C的2路CAN接口支持多个节点同时接入总线，方便用户根据实际需求进行灵活配置和扩展。这种扩展性使得系统能够适应不断变化的应用场景，提高了系统的灵活性和适应性。

• 广泛应用场景

Model3C的2路CAN接口可以应用于多种工业控制场景，如船舶、交通轨道、汽车仪表、医疗器械等领域的区域网络控制。通过CAN通信，设备可以将各种数据发送到彩屏仪表上，为用户提供实时、直观、简洁的信息。

5、以MODEL3C芯片为例，如何做CAN的收发测试

将测试板上的两个CAN接口对接。执行can_sample命令，CAN0会向CAN1发送数据，CAN1会打印接收到的数据。

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发送测试数据：

通过调试工具向CAN总线发送测试数据。测试数据可以包括各种类型的数据帧，如标准帧、扩展帧等。确保发送的数据内容正确，并且发送频率和时序符合要求。

观察接收：

观察CAN总线上的接收设备是否能够正确接收发送的测试数据。

验证接收设备的数据内容是否与发送的数据相匹配，并且没有数据丢失或错误。