CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной передачи данных. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный. CAN разработан компанией Robert Bosch GmbH в середине 1980-х и в настоящее время широко распространён в промышленной автоматизации, технологиях «умного дома», автомобильной промышленности и многих других областях.

Описание стандарта

Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня — он может быть каким угодно, например, радиоканалом. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определённым в стандарте ISO 11898. Иногда также в качестве физического уровня применяется RS-485. Передача ведётся кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.

Общие сведения

Полезная информация в кадре состоит из идентификатора длиной 11 бит (стандартный формат) или 29 бит (расширенный формат, надмножество предыдущего) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификатор говорит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами.

Рецессивные и доминантные биты

Для абстрагирования от среды передачи спецификация CAN избегает описывать двоичные значения как «0» и «1». Вместо этого применяются термины «рецессивный» и «доминантный», при этом подразумевается, что при передаче одним узлом сети рецессивного бита, а другим доминантного, принят будет доминантный бит. Например, при реализации физического уровня на радиоканале отсутствие сигнала означает рецессивный бит, а наличие — доминантный; тогда как в типичной реализации проводной сети рецессив бывает при наличии сиглала, а доминант, соответственно, при отсутствии.

Виды кадров

  • Кадр данных (data frame) — передаёт данные;
  • Кадр запроса передачи (remote frame) — служит для запроса на передачу кадра данных с тем же идентификатором;
  • Кадр перегрузки (overload frame) — обеспечивает промежуток между кадрами данных или запроса;
  • Кадр ошибки (error frame) — передаётся узлом, обнаружившим в сети ошибку

Кадры данных и запроса отделяются от предыдущих кадров межкадровым промежутком.

Формат кадра

Базовый формат кадра

Название Длина (в битах) Описание
Начало кадра 1 Сигнализирует начачало передачи кадра
Идентификатор 11 Уникальный идентификатор
Запрос на передачу (RTR) 1 Должен быть доминантным
Бит расширения идентификатора (IDE) 1 Должен быть доминантным
Зарезервированный бит (r0) 1 Резерв
Длина данных (DLC) 4 Длина поля данных в байтах (0-8)
Поле данных 0-8 байт Передаваемые данные (длина в поле DLC)
Контрольная сумма (CRC) 15 Контрольная сумма всего кадра
Разграничитель контрольной суммы 1 Должен быть рецессивным
Промежуток подтверждения (ACK) 1 Передатчик шлёт рецессивный, приёмник вставляет доминанту
Разграничитель подтверждения 1 Должен быть рецессивным
Конец кадра (EOF) 7 Должен быть рецессивным

Первые 7 бит идентификатора не должны быть все рецессивными.

Расширенный формат кадра

Field name Length (bits) Purpose
Начало кадра 1 Сигнализирует начачало передачи кадра
Идентификатор A 11 Первая часть идентификатора
Подмена запроса на передачу (SRR) 1 Должен быть рецессивным
Бит расширения идентификатора (IDE) 1 Должен быть рецессивным
Идентификатор B 18 Вторая часть идентификатора
Запрос на передачу (RTR) 1 Должен быть доминантным
Зарезервированные биты (r1 и r0) 2 Резерв
Длина данных (DLC) 4 Длина поля данных в байтах (0-8)
Поле данных 0-8 байт Передаваемые данные (длина в поле DLC)
Контрольная сумма (CRC) 15 Контрольная сумма всего кадра
Разграничитель контрольной суммы 1 Должен быть рецессивным
Промежуток подтверждения (ACK) 1 Передатчик шлёт рецессивный, приёмник вставляет доминанту
Разграничитель подтверждения 1 Должен быть рецессивным
Конец кадра (EOF) 7 Должен быть рецессивным

Идентификатор получается объединением частей A и B.

Протоколы высокого уровня

  • CANopen
  • DeviceNet
  • CAN Kingdom
  • J1939
  • SDS

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Простота реализации и минимальные затраты на использование.
  • Высокая устойчивость к помехам.
  • Арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности.
  • Надёжный контроль ошибок приёмопередачи.
  • Широкий диапазон скоростей передачи.
  • Большое рапространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.

Недостатки

  • Максимальная длина сети обратно пропорциональна скорости передачи.
  • Большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным).
  • Отсутствие единого стандарта на протокол высокого уровня.