CAN通讯系列15- CAN通讯由哪些硬件组成？

laoxiang21

在CAN通讯系列补充篇- 控制器的硬件组成4  介绍了控制器的硬件功能，并给出了CAN通讯的硬件组成包括CAN总线，终端电阻，CAN收发器，CAN控制器和微控制器，就之前VCU与MCU通过CAN通讯进行信息交互的例子，它们CAN通讯的硬件组成如下所示：


接下来就对CAN通讯的硬件组成展开详细说明:

1 双绞线
CAN总线的传输介质通常采用的是双绞线，原因是双绞线结构可以有效地减少外部电磁干扰对CAN信号的影响，也可以延长CAN总线的传输距离以及有助于提高CAN总线的传输速率。         
2 终端电阻
高速CAN总线中，总线两端需要接1终端电阻，其阻值为120欧姆。

source: 小电阻之大作用——CAN终端电阻为什么需要接终端电阻？这是因为信号的传输速率很高，信号的上升沿和下降沿非常陡峭。当信号到达总线的末端时，如果没有终端电阻，信号会发生反射并在总线上产生干扰，从而导致信号失真、抖动和干扰，进而影响总线上其他节点的正常通信。为什么终端电阻阻值为120欧姆？这是因为终端电阻的阻值通常需要与总线特性阻抗匹配，以最大限度地减少信号反射，120欧姆这个阻值与CAN总线的特性阻抗相匹配。需要注意的是，终端电阻的阻值并非绝对固定的，它可能会因具体的CAN总线设计和应用而有所变化。
3 CAN收发器
CAN收发器最主要作用是提供物理层的接口功能和信号转换。当接收报文时，将输入的差分电压转化成逻辑电平（显性/隐性）；当发送报文时，将逻辑电平转换成差分电压输出。


而涉及到网络唤醒的话，那么它能够接收、解析和处理唤醒信号，实现对休眠节点的唤醒操作，通常操作是使能电源芯片给微控制器上电的作用。在硬件层面，CAN收发器常见于2种形式，一种是作为一块独立的芯片，如下图示意；另一种是被集成到某些芯片，比如集成到SBC中。


Source：TLE9252手册     

4 CAN控制器

CAN控制器的作用是管理CAN总线上的通讯活动，它负责处理报文的收发，确保报文的正确性、完整性和时序性。CAN控制器通常集成在微控制器或通信芯片中，一个微控制器中常包括多个CAN控制器，这样就可以支持几路CAN总线通讯，如下示意的微控制器芯片：   


Source：Infineon TC系列芯片手册CAN控制器主要功能有：

报文传输管理：CAN控制器负责将数据打包成CAN报文并发送到总线上，同时接收并解析来自其他节点的CAN报文。错误检测与处理：CAN控制器监测总线上的错误，检测出发送和接收过程中的错误，并根据CAN协议的错误处理机制进行处理。帧过滤与识别：CAN控制器根据设定的标识符和过滤规则，对接收到的报文进行过滤和识别，只处理特定的报文。时序控制：CAN控制器根据CAN协议的时间要求，控制报文的发送和接收时序，保证数据的同步和实时性。它确保在总线上的节点之间进行数据交换时，遵守CAN协议定义的时间限制和优先级规则。性能优化：CAN控制器提供各种性能优化功能，例如报文缓冲、优先级排序和错误处理机制。

5 微控制器
微控制器主要涉及到CAN报文如何从硬件（CAN控制器）获取，然后根据相应的软件架构，将报文应用于控制软件中，反之也成立。如下就示意一种AutoSAR架构的CAN通讯实现方法。


source: Vector learning

假设VCU发送一条报文给MCU，这条报文包括电机转速请求信号，那对VCU而言，其发送过程是怎样的？而对MCU而言，其接收过程又是怎样的？这就是微控制器需要处理的事情。具体过程可参考我知乎的CAN通讯系列文章。

6 小结
以上就介绍CAN通讯的硬件组成，各个零部件都是用来做什么的，有什么作用。对于CAN通讯的唤醒机制，会涉及到软硬件部分，其中硬件部分通常与CAN收发器有关，一种常见的方式是通过CAN收发器的唤醒引脚或中断功能来触发唤醒信号，然后使用唤醒信号来激活电源芯片，再由电源芯片提供电源给微控制器。如下所示通过CAN收发器的INH引脚使能：

Source：TLE9252手册        这种方式中，当CAN收发器接收到特定的唤醒帧或触发条件时，会通过唤醒引脚INH发送唤醒信号给电源芯片，激活电源芯片以为微控制器提供电源。对于这种方式，后续文章将会详细介绍，另外除了这种方式，还有其他更多的方式，下篇文章我们来了解下更多的唤醒源。