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目前，CAN 协议及其网络系统已被全球汽车厂商普遍接受，成为车载网络系统的计算机网络技术基础。

在欧洲几乎每一辆新款汽车均装配有CAN 局域网。同样，CAN 也用于其他类型的交通工具，从火车到轮船或者用于工业控制。CAN 已经成为全球范围内最重要的总线之一——甚至领导着串行总线。在1999 年，接近6 千万个CAN 控制器投入应用。到了2000 年，全球市场销售了超过1 亿个CAN 元器件。

2.2 CAN 网络协议的内容和基本原理

作为一种网络协议一般应符合ISO/OSI 模型，即国际标准化组织的开放系统互连参考模型。但目前广泛应用的许多网络协议并不完全符合这个模型，CAN 就是这种网络协议。对照ISO/OSI 模型中的7 层次，CAN 仅明确定义了相当于数据链路层和物理层的内容。图2 给出它的层次结构。其中对象层和传输层包括所有由ISO/OSI 模型定义的数据链路层的服务和功能。

图2

CAN 是一种总线网，一般是采用廉价的双绞线作为其传输介质。一根线为高电位，另一根为反向的低电位，这样总体对外电磁辐射相互抵消。

CAN 协议的报文传输由以下四种不同的帧类型所表示和控制：

- 数据帧：数据帧携带数据从一个节点的发送器至所有节点的接收器。
- 远程请求帧：总线的一个节点发出远程请求帧，请求某个节点响应具有同一识别符的数据帧。
- 错误帧：总线上的任何节点一旦检测到总线的错误就发出错误帧。
- 过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时，防止产生接收器过载。

CAN 协议在其帧结构中定义了多种校验方式，确保信息传送的可靠性。信息在网络中采用广播的方式，总线上所有的节点均先接收到报文，然后根据帧结构中的11 位或29 位标识符进行识别，接收所需的信息，屏蔽掉本节点不需要的信息。

在报文发送时是采用内容（而不是一般的地址方式）择优的优先级方式，我们称其为载波侦听多路访问/冲突检测，即：CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）。

如果利用一般的CSMA 访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时才允许发送。利用这种方法可以允许多个节点挂接到同一网络上，但当检测到一个冲突位时，所有节点将重新回到监听总线的状态，直到该冲突时间过后才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送延时可利用CSMA/CD 方式访问总线：当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过无损的逐位仲裁方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在CAN 总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11 位或29 位的标识符 ，CAN 总线状态取决于二进制数0 而不是1 ，所以ID 号越小则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全0 标志符的报文具有总线上的最高级优先权。可用另外的方法来解释,在消息冲突的位置第一个节点发送0，而另外的节点发送1，那么发送0 的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。这种独特的总线争用方式保证了高优先级报文的及时发送，减少了时延。

在差错处理方面CAN 也有其独特的优势。对于一个帧可以用互不排斥的5 种方式检查出出错的帧。

另外还有一个计数机制，当一个节点错误的次数满足一定条件时，会被进行相应的故障处理，以防止出故障的节点对整个系统的影响，保证其他节点之间的正常通信。

2.3 CAN 协议适宜于车载网络应用的优势

正如本文1.2 节中所描述的那样，一个适宜于汽车环境的网络协议必须满足许多苛刻的要求，并具有一些独特的特性。CAN 具有十分优越的特点，这使得绝大多数的工程师都选择它作为车载网络协议的标准。这些优点包括以下内容：

(1) 低成本。由于CAN 已经成为车载网络中应用最广泛的标准，这使得相关元器件的产量很大，从而大大的降低了成本。对于已经竞争非常激烈的汽车产业来说是十分重要的。

(2) 极高的总线利用率。如前一节分析的那样，其发送冲突解决方案是一种冲突规避的设计方式，减少了信息重发可能性，从而提高了利用率，对于发送优先级高的重要信息尤为如此。

(3) 高速的数据传输速率可高达1 Mbit/s，完全可满足汽车动力和悬架等高速系统的传输需求。

(4) 可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文，而不是采用一般的地址方式。方便与网络相连的汽车电器系统的灵活配置。

(5) 可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线；这些特点都保证了系统极高的可靠性、安全性和健壮性。很明显，这对于车载的网络系统是十分重要的要求。

(6) 报文帧结构相对比较简单，占用总线时间短，从而保证了通信很高的实时性。

(7) 目前如：Bosch、Philips、Siemens、Delphi、Valeo 等世界上重要的汽车电器供应商已开发出大量成熟的CAN 元器件和嵌入了CAN 接口的电控单元（ECU），这样可大大的缩短相关汽车电器系统的开发时间，减少开发成本。

3 CAN 系统已经开始在新型的汽车上得到了广泛的实际应用

3.1 CAN 在车载网络中的应用

在CAN 协议中仅对网络的低层进行了具体规定，其应用层协议并未给出。这样针对不同的应用，其应用层也不尽相同。在汽车领域，目前存在的多种车载网络标准，其侧重的功能也有所不同。为了便于设计和使用，SAE（汽车工程协会）将车载网络按传输速率的不同划分为A、B、C 三类。其中B 类在国际标准ISO-IS11519-2 中称为低速CAN 网，C 类在国际标准ISO-IS11898 中称为高速CAN 网。（参见图3）

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关键词： 车载网络 CAN协议 网络协议