CAN技术的特点及在MCU领域的应用

虽然CAN（控制器区域网络）可以说是旧技术并且是为汽车应用而设计的，但是当在工业或其他嵌入式应用的分布式系统中组合多个微控制器（MCU）时，嵌入式设计团队经常发现它是最简单的互连选择。双线接口简单而强大，带宽随着标准的发展而增加。 CAN是可扩展的，并且很容易将节点添加到基于CAN的系统。此外，您将在整个MCU领域获得支持。这意味着您可以在分布式系统中部署低端8位MCU与最快的32位MCU，同时轻松连接分布式网络和CAN。在本文中，我们将回顾CAN技术的基础知识，并研究支持CAN的新MCU的范围。

CAN传统产生可靠性

CAN被认为是连接分布式汽车子系统的一种方式，如发动机控制，防抱死制动，动力转向和其他元件。它与用于汽车信息娱乐和远程信息处理应用的MOST（媒体导向系统传输）等高速网络分开。 CAN主要用于连接对汽车安全运行至关重要的系统。

由于CAN规范是针对相对恶劣的汽车环境而开发的，因此它是许多嵌入式应用（如分布式工业控制系统）的理想选择。随着时间的推移，CAN背后的标准的颁布从SAE（汽车工程师协会）转移到ISO（国际标准组织），尽管SAE仍然控制着一些以汽车为中心的CAN相关标准。

CAN被定义为用于通信网络的七层ISO OSI（开放系统互连）模型的数据链路层标准。该层专注于两个网络实体之间的可靠通信。

CAN是一种多主总线，当它是免费的时，任何节点都可以开始传输。最多八个数据字节的消息以NRZ（非归零）格式编码。该消息还包括指示优先级的ID字段。当两个节点尝试同时传输时，优先级较高的消息基本上会覆盖优先级较低的消息。通信是单双工的。节点不能同时发送和接收数据。

最初，CAN标准没有定义PHY（物理层）。随后，ISO已经发布了CAN的几种PHY标准。 2003 ISO 11898-2标准定义了最广泛使用的PHY;网络范围最大为40 m时，最大带宽为1 Mbps。节点沿着双线电缆连接到网络。您可以将数据速率降低到较低级别以扩展范围。例如，网络可以覆盖500米，速率为125 bps。显然，与以太网等替代方案相比，速度很快，但对于许多分布式MCU系统来说已经绰绰有余了。

如果您想了解有关CAN技术及其应用方式的更多信息，您可以在CAN上观看多个Digi-Key多媒体产品培训模块之一。 CAN基础 - 第1部分和基础知识 - 第2部分，由瑞萨提出，特别有用。

CAN实现

当汽车工程师首次构思CAN时，IC密度相对较低。多年来，设计团队使用专用CAN IC来支持网络。实际上，典型应用可能包括MCU或微处理器，CAN IC和外围IC，例如连接到传感器和执行器的数据转换器。

今天，MCU几乎集成了所有系统功能，但实际的传感器或执行器除外。例如，如果需要监控应用中某些物体的温度，可以将热电偶连接到MCU上的A/D转换器输入。同样，驱动电机需要外部驱动电子设备，但控制算法将在MCU内捕获。

我们现在将讨论从瑞萨产品开始包含CAN支持的MCU系列。 R8C 16位系列依赖于CISC（复杂指令集计算机）架构，并针对低功耗应用进行了优化，尽管MCU还能够处理时钟速度高达20 MHz的相当复杂的应用。

图1：瑞萨的R8C系列包括多个支持CAN的MCU，可以针对与本框图所示的家庭或办公自动化类似的应用。例如，瑞萨（Renesas）将R8C系列的其他应用中的电机控制作为目标。 40 MHz定时器和6通道PWM（脉冲宽度调制）控制器的组合使MCU能够在各种应用中工作，包括BLDC（无刷直流）电机。图1显示了家庭或办公自动化应用中使用的R8C，其中CAN用于连接照明，HVAC和其他分布式系统。 R8C还可以通过专用SCU（传感器控制单元）支持基于触摸的接口。

转向更高端的处理器，瑞萨还在其32位MCU中支持CAN。 RX MCU系列是该公司的最新产品，采用CISC架构，时钟速度最高可达100 MHz。此外，MCU可以从片上闪存执行代码，并且在该速度下具有零等待状态。除了CAN之外，RX600 MCU还具有256字节到2 MB的闪存以及丰富的外设。在其产品线的RISC（精简指令集计算机）方面，瑞萨为V850 MCU系列提供CAN支持。

具有CAN的PIC系列

正如我们在本文开头所讨论的那样，您也可以将CAN集成到8位MCU中。 Microchip提供此类产品，实际上支持8位，16位和32位PIC系列中的CAN，包括增加了DSP中心数学功能的16位dsPIC系列。

Microchip的8位PIC18C和PIC18F系列包括多种支持CAN的MCU。您可以指定内存范围为16 KB到96 KB的产品。数据转换器有广泛的选择，许多型号都包含内部振荡器，以最大限度地减少材料清单。如果您想尝试CAN，可以使用许多演示板。例如，Microchip提供两个以CAN为中心的演示板，其中包括PIC18系列的成员（图2）。

图2：Microchip的DM16305演示套件包括PIC18F MCU，允许设计人员尝试CAN和LIN（本地互连网络）网络。