如何构建专属自己的CAN-bus应用层协议

随着CAN-bus相关芯片价格的下降，内置CAN控制器MCU的增多，CAN-bus当前已经进入了众多早期由于成本问题无法使用的领域，成为极具生命力的现场总线，今天我们就来探讨如何构建专属自己的CAN-bus应用层协议。

在CAN-bus网络上，CAN报文以广播的形式发送，CAN报文不包含地址信息，是否处理接收到的CAN报文由接收点的软件确定。CAN-bus只提供可靠的报文传输服务，CAN报文的使用由应用者定义， 所以CAN网络中的节点要相互通信就必须制定一个统一的规则。CAN应用层协议就是这样一个规则。

这个规则，定义了CAN报文中帧ID及帧数据的使用方式，如将帧ID定义为需要处理该帧数据的CAN节点地址等。根据应用场合的不同，国际上出现了多种CAN应用层协议，常见的CAN-bus应用层协议如下：

图1

接下来，我们看一下如何构建CAN-bus应用层协议

l构建一个现场总线网络，需要解决的关键技术问题有：

l总线传输信息的速度、容量、优先等级、节点容量等；

l高电磁干扰环境下的可靠数据传输；

l最大传输距离时延时大小的确定；

l网络的容错技术；

l网络的监控和故障诊断功能。

要解决以上问题，需要充分考虑现场总线网络所采用的总线类型，因为以上问题和总线的性能特点是密切相关的，那么我们就看一下CAN-bus总线的上述特性：

lCAN-bus网络传输速度最高可达1Mbps,并采用无损仲裁，通过报文标识符指示报文优先级；

lCAN-bus采用差分信号传输，并采用可靠的数据校验和错误检测机制；

lCAN-bus采用帧传输，每个报文允许传输最多8个字节，帧结构有严格规定，能够确定最大传输延时；

lCAN-bus具有可靠的错误机制和检测机制，发送的信息遭到破坏后可以重新发送；节点在错误严重的情况下，具有自动退出总线的功能；

l可以通过制定严禁的CAN-bus应用层协议解决网络监控和诊断。

CAN报文的分配
包含报文标识符的分配和报文数据的分配，报文格式的定义，实质是将CAN报文的分配规则进行详细的描述。

报文ID的定义：

CAN2.0A帧：11位ID

CAN2.0B帧，29位ID

报文数据的定义：每帧报文最多包含8字节数据

CAN网络数据通信的实现
在CAN网络中，通过报文的标识符进行信息的区分，因此通过报文的各种标识符分配来达到建立信息链接的目的。

图2 命令/响应模式通信

CAN应用层协议：面向节点和面向报文的协议
数据通信协议基本上可以划分为"面向节点的协议"和"面向报文的协议"两种类型，如下图：

图3：面向节点和面向报文的数据通信
 

制定一个CAN应用层协议
为了给读者演示CAN应用层协议的开发和使用方法，下面定义一个简单的CAN应用协议栈，该协议栈中只用到CAN标准帧中的数据帧，帧ID中的11个位的分配和使用方法如下表所列，协议中另外还定义了功能参数长度变量FunDataLen的功能参数数组FunData,该数组在需要时可以为某些特定功能函数提供足够的控制参数。

图4