CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO国际标准化的串行通信协议。
历史背景
CAN 最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国 Bosch 公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。
在1980年代初期，博世的工程师正在评估现有的串行总线系统，以探讨其在汽车中的可能用途。由于没有可用的网络协议能够满足汽车工程师的要求，因此Uwe Kiencke于1983年开始开发新的串行总线系统。
新的总线协议主要是要增加新的功能 --- 减少线束不是CAN发展背后的驱动力。
1986年2月，CAN诞生了：在底特律的SAE大会上，新的总线系统被称为"Automotive Serial Controller Area Network（汽车串行控制器局域网）"。Uwe Kiencke，Siegfried Dais和Martin Litschel介绍了多主网络协议。它基于一种非破坏性仲裁机制，该机制允许总线访问具有最高优先级的帧而没有任何延迟。没有中心控制器。此外，CAN之父（上述人员以及博世员工Wolfgang Borst，Wolfgang Botzenhard，Otto Karl，Helmut Schelling和Jan Unruh）已经实现了几种错误检测机制。错误处理还包括自动断开故障总线节点，以保持其余节点之间的通信。传输的帧不是由帧发送器或帧接收器的节点地址（几乎在所有其他总线系统中）识别的，而是由它们的内容识别的。表示帧有效载荷的标识符，还具有指定帧在网络段内的优先级。
随后，许多介绍该创新通信协议的演讲和出版物，直到1987年中期（比计划提前两个月），英特尔才交付了第一款CAN控制器芯片82526。这是CAN协议的第一个硬件实现。在短短四年内，一个想法就变成了现实。此后不久，飞利浦半导体推出了82C200。CAN控制器的这两个最早的祖先在接受过滤和帧处理方面有很大的不同。一方面，与飞利浦选择的BasicCAN实施相比，英特尔所青睐的FullCAN概念要求所连接的微控制器的CPU负载更少。另一方面，FullCAN设备在可以接收的帧数方面受到限制。BasicCAN控制器还需要更少的硅。在当今的CAN控制器中，实现了接受过滤和帧处理这两种概念的混合。这使BasicCAN和FullCAN的误导性术语过时了。
现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
发展阶段
- 1986年发布CAN1.0。
- 1991年博世发布CAN2.0规范，分为CAN2.0A(11位标识符)和CAN2.0B(11+18=29位标识符)。
- 1993年ISO组织发布国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）规范：
- ISO11898-1 涵盖数据链路层。
- ISO 11898-2 涵盖高速CAN的CAN物理层（经典CAN速度1Mbps，CAN FD 5Mbps）。
- ISO 11898-3 涵盖低速、容错CAN的物理层（速度125kbps）。
- 后续推出ISO 11898-4 -5 和-6标准。
- 2012年博世发布CAN FD 1.0（速度2Mbps，使用加强版CAN PHY的CAN FD-SiC可以做到5-8Mbps）。
- 2014，Infineon 开发出支持CAN FD
- 2015，ISO 组织发布CAN FD 标准（ISO 11898-1 ）
- 2018年发布第三代CAN数据链路层协议CAN XL，速度提升至10Mbps，兼容CAN FD。
帧格式
Classic CAN和CANFD帧长度
不管是Classic CAN还是CANFD，其帧结构都由以下7个段组成
- SOF；
- 仲裁字段（包含标识符字段和部分格式字段）；
- 控制字段（包含 DLC 字段和部分格式字段）；
- 数据字段（包含 LLC 数据字段）
- CRC 字段
- ACK 字段；
SOF：帧起始
- 标识一个数据帧的开始，用于同步
- 固定格式：一个显性位
- 只有在总线空闲期间，节点才能够发送SOF
ID：标识符
- 唯一确定一条报文
- 表明报文的含义，可以包含报文的源地址和目标地址
- 确定报文的仲裁优先级，ID 数值越小，优先级越高
- 标准帧：11位；扩展帧：29位
RRS
- 对应传统CAN报文RTR位
- CAN FD 没有定义远程帧
- 发送节点发送显性位
IDE
- 用于区分标准帧和扩展帧
- 标准帧，IDE=0（11 位ID）
- 扩展帧，IDE=1（29 位ID）
FDF
- 用于区分普通CAN报文和CAN FD报文
- CAN 报文，FDF=0
- CAN FD 报文，FDF=1
- 不用于仲裁
- 对于同一ID 值只能分配给Classic CAN 报文或者FD 报文
res
- 保留位
- 当前置0
BRS（Bit Rate Switch）
- 速率切换指示位
- BRS=1 ，进行速率切换
- BRS=0 ，不进行速率切换
ESI（Error State Indicator）
- 错误状态指示
- ESI=0 ，处于主动错误状态的节点
- ESI=1 ，处于被动错误状态的节点
DLC
数据场
- 具有0-64个字节长度，由DLC确定
- 包含CAN数据帧发送的内容
CRC
CRC界定符(DEL)
- 界定CRC序列
- 1~2位（相位偏移引起）
- 在界定符的第一位进行速率切换
ACK
- 确定报文被至少一个节点正确接收
- 发送节点发送隐性位，接收节点正确接收后发送显性
- FD报文中所有节点最多可正确接收两位显性ACK
ACK界定符(DEL)
- 界定ACK
- 固定格式，1个隐性位
EOF
- 表示数据帧结束
- 固定格式，7个连续的隐性位
CAN 与ISO CAN FD 报文格式对比( 标准帧)
CAN 与ISO CAN FD 报文格式对比( 扩展帧)
Classic CAN Standard Frame标准帧（不考虑位填充）共：108Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（6bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（16bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
Classic CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充）共：128Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（6bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（16bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
CANFD Standard Frame标准帧（不考虑位填充；DLC = 8）共：117Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（9bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（22bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
CANFD Standard Frame标准帧（不考虑位填充；DLC = 64）共：569Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（9bit）、数据段（64×8bit）、循环冗余码段（26bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
CANFD CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充；DLC = 8）共：136Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（8bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（22bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
CANFD CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充；DLC = 64）共：588Bit
帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（8bit）、数据段（64×8bit）、循环冗余码段（26bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）
单个帧的"负载率"
对Classic CAN Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8）：108+3=111Bit；
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 250 Kbps | 4000纳秒 | ((111 * 4000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0444% |
| 500 Kbps | 2000纳秒 | ((111 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0222% |
| 1 Mbps | 1000纳秒 | ((111 * 1000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0111% |
对Classic CAN Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8）：
128+3=131Bit；
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 250 Kbps | 4000纳秒 | ((131 * 4000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0524% |
| 500 Kbps | 2000纳秒 | ((131 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0262% |
| 1 Mbps | 1000纳秒 | ((131 * 1000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0131% |
对CANFD Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8；启用BRS位加速）：117+3=120Bit
其中：
- 29Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，12位仲裁段，1位IDE，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
- 91Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，64位数据段，22位CRC段。
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 仲裁段500 Kbps | 2000纳秒 | ((29 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0058% |
| 数据段2 Mbps | 500纳秒 | ((91 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.00455 % |
| 单个帧的"负载率" | 0.01035% |
对CANFD Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 64；启用BRS位加速）：569+3=572Bit；
其中：
- 29Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，12位仲裁段，1位IDE，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
- 543Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，512位数据段，26位CRC段。
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 仲裁段500 Kbps | 2000纳秒 | ((29 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0058% |
| 数据段2 Mbps | 500纳秒 | ((543 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.02715% |
| 单个帧的"负载率" | 0.03295% |
对CANFD Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8；启用BRS位加速）：136+3=139Bit；
其中：
- 48Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，32位仲裁段，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
- 91Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，64位数据段，22位CRC段。
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 仲裁段500 Kbps | 2000纳秒 | ((48 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0096% |
| 数据段2 Mbps | 500纳秒 | ((91 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.00455% |
| 单个帧的"负载率" | 0.01415% |
对CANFD Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 64；启用BRS位加速）：588+3=591Bit；
其中：
- 48Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，32位仲裁段，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
- 543Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，512位数据段，26位CRC段。
| 比特率/波特率 | 一个Bit的位时间 | 单个帧的"负载率" |
|---|---|---|
| 仲裁段500 Kbps | 2000纳秒 | ((48 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0096% |
| 数据段2 Mbps | 500纳秒 | ((543 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.02715% |
| 单个帧的"负载率" | 0.03675% |