车载CAN协议原理与数据读取，实例代码解析

2023-07-23 本文已影响0人谁动了我的代码

作者：贝塔开飞机

CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于车载领域的通信协议。作为一名BYD车载开发高级工程师，我在车载开发领域有丰富的经验，下面我将分享一下CAN协议的原理与数据读取方法。

CAN协议原理：

CAN协议是一种串行通信协议，用于在车辆电子系统中的各个控制单元之间进行高速、可靠的数据传输。它采用了差分信号传输，具有抗干扰能力强、可靠性高的特点。

CAN协议的数据传输基于消息的概念，每个消息由一个唯一的标识符（ID）和其对应的数据组成。CAN协议支持两种消息类型：数据帧（Data Frame）和远程帧（Remote Frame）。数据帧用于实际数据的传输，而远程帧则用于请求其他节点发送数据。

CAN协议采用了一种分布式的总线结构，所有节点都连接在一个共享的双线路总线上。每个节点都可以发送和接收消息，通过识别消息的ID来确定消息的发送者和接收者。

总线结构：CAN协议采用了分布式的总线结构，所有节点连接在一个共享的双线路总线上。这两根线路分别是CAN_H和CAN_L，采用差分信号传输，以提高抗干扰能力。
物理层：CAN协议定义了两种物理层：CAN高速和CAN低速。CAN高速适用于高速数据传输，速率可达1Mbps；CAN低速适用于低速数据传输，速率通常为125kbps。
帧格式：CAN协议使用帧（Frame）作为数据传输的基本单位。每个帧由起始位（SOF）、标识符（ID）、控制位、数据域、CRC校验码和结束位（EOF）组成。
标识符（ID）：每个CAN帧都有一个唯一的标识符，用于区分不同的消息类型和发送者。标识符分为标准标识符（11位）和扩展标识符（29位）。
数据域：数据域用于传输实际的数据，可以包含0至8字节的数据。每个字节都有一个对应的数据类型和数据长度，用于描述数据的含义。
CRC校验：CAN协议使用循环冗余校验（CRC）来检测数据传输过程中的错误。发送方在发送数据时计算CRC校验码，接收方在接收数据时进行校验，如果校验失败则表示数据发生错误。
碰撞检测：CAN总线是一种多主机共享的网络，多个节点可以同时发送数据。为了避免碰撞，CAN协议采用了非破坏性位定时器和仲裁机制。发送的消息中的标识符越低的节点具有更高的优先级，优先级高的节点将发送成功，而优先级低的节点将放弃发送。
灵活性：CAN协议允许节点在任何时刻发送数据，而不需要进行预定的时间槽。这种灵活性使得CAN总线适用于实时的、事件驱动的应用。

CAN协议案例

以下是一个简单的CAN协议实战解析示例：

假设我们有两个节点，一个是发送节点（Node A）和一个是接收节点（Node B）。Node A负责发送车速数据到Node B。

Node A的代码示例（使用Python和SocketCAN库）：

import can

# 创建CAN总线对象bus = can.interface.Bus(channel='can0', bustype='socketcan')

# 定义车速数据speed = 50

# 构建CAN消息can_id = 0x123  # 假设标识符为0x123data = [speed]  # 车速数据msg = can.Message(arbitration_id=can_id, data=data)

# 发送CAN消息bus.send(msg)

在Node A的代码中，我们首先创建了一个CAN总线对象，然后定义了车速数据。接下来，我们构建了一个CAN消息，指定了标识符和数据。最后，使用bus.send()函数将CAN消息发送出去。

Node B的代码示例（使用Python和SocketCAN库）：

# 创建CAN总线对象bus = can.interface.Bus(channel='can0', bustype='socketcan')

# 循环读取CAN消息while True:
    # 读取单个CAN消息    message = bus.recv()

    # 解析CAN消息    if message is not None:
        # 获取标识符和数据        can_id = message.arbitration_id        data = message.data

        # 根据标识符判断消息类型        if can_id == 0x123:
            # 解析数据字段            speed = data[0]  # 假设第一个字节是车速数据

            # 执行功能            print("Received speed: {} km/h".format(speed))

在Node B的代码中，我们同样创建了一个CAN总线对象，并使用循环不断读取CAN消息。通过解析接收到的CAN消息，我们可以获取标识符和数据。在这个示例中，我们假设标识符为0x123，并且第一个字节是车速数据。我们可以根据实际需求解析更多的数据字段。最后，我们可以执行相应的功能，例如打印接收到的车速数据。

CAN数据读取方法：

初始化CAN总线：首先，需要初始化CAN总线，包括设置波特率、配置过滤器等。通过初始化CAN控制器，使其准备好接收CAN消息。
接收数据：CAN控制器接收到的CAN消息会存储在接收缓冲区中，等待应用程序读取。应用程序需要定期检查接收缓冲区，以获取新的CAN消息。
读取数据：应用程序可以通过读取接收缓冲区来获取接收到的CAN消息。每个CAN消息包含了标识符（ID）和数据。通过读取标识符，应用程序可以确定消息的类型和发送者。
解析数据：读取到的CAN消息可能需要进行解析，以提取出有用的信息。根据消息的格式和协议规定，可以提取出需要的数据字段，并进行相应的处理。例如，可以提取车速、引擎转速等信息。
执行功能：根据读取到的数据，应用程序可以执行相应的功能。例如，根据车速数据来控制巡航控制系统，根据引擎转速数据来调整油门位置等。

需要注意的是，CAN总线上可能存在多个节点同时发送消息的情况，因此在数据读取过程中，需要根据消息的标识符进行筛选和处理。可以使用过滤器来设置感兴趣的消息标识符，只接收特定的消息。

数据读取示例

下面是一个示例代码片段，使用Python和SocketCAN库来演示CAN数据读取的过程：

# 创建CAN总线对象
bus = can.interface.Bus(channel='can0', bustype='socketcan')

# 循环读取CAN消息while True:
    # 读取单个CAN消息    message = bus.recv()

    # 解析CAN消息    if message is not None:
        # 获取标识符和数据        can_id = message.arbitration_id        data = message.data

        # 根据标识符判断消息类型        if can_id == 0x123:
            # 处理特定的消息类型            # ...

        # 解析数据字段        speed = data[0]  # 假设第一个字节是车速数据        rpm = (data[1] << 8) | data[2]  # 假设第二、三字节是引擎转速数据

        # 执行功能        # ...

上述代码使用了Python的SocketCAN库来实现CAN数据读取。首先，创建一个CAN总线对象，指定通道和总线类型。然后，通过循环不断读取CAN消息，使用bus.recv()函数来获取单个CAN消息。接下来，解析CAN消息，获取标识符和数据。根据标识符判断消息类型，并解析数据字段。最后，可以根据数据执行相应的功能。

本文主要就讲解了在车载开发中， CAN协议原理与数据读取的相关解析。如果想要学习其他车机开发技术或者进阶。可以参考《车载开发技术》这个文档，点击可以查看详细类目。

总结

CAN协议的可靠性和高效性使其成为汽车电子系统中最重要的通信协议之一。它不仅能够在高噪声环境下稳定工作，还能够实现实时数据传输和多节点共享总线的需求。

作为一名车载开发工程师，熟悉数据读取方法是非常重要的。通过合理的使用CAN协议和数据读取技术，可以实现车辆电子系统的各种功能，并提升整车性能和用户体验。

车载CAN协议原理与数据读取，实例代码解析

CAN协议原理：

CAN协议案例

CAN数据读取方法：

数据读取示例

总结

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