一、com口（转）

1、实物图

2、介绍

COM口( cluster communication port)即串行通讯端口，简称串口。微机上的串口通常是9针，也有25针的接口，最大速率115200bps。通常用于连接鼠标（串口）及通讯设备（如连接外置式调制解调器进行数据通讯或一些工厂的数控机接口）等。一般主板外部只有一个串口，机箱后面和并口一起的那个九孔输出端（梯形），就是COM1口，COM2口一般要从主板上插针引出。并口是最长的那个梯形口。但目前主流的主板一般都只带1个串口，甚至不带，慢慢会被USB取代。

3、串口的接口标准规范和总线标准规范是RS-232，有时候也叫做RS-232口。9针串行口的针脚功能：

DB-9针连接头

-------------

\ 1 2 3 4 5 /

\ 6 7 8 9 /

针脚功能

1载波检测(CD)

2接受数据(RXD)

3发出数据(TXD)

4数据终端准备好(DTR)

5信号地线(SG)

6数据准备好(DSR)

7请求发送(RTS)

8清除发送(CTS)

9振铃指示(RI)

二、can（转）

1、本文说的CAN即是一种总线，也是一种协议。因此，我们常听见CAN总线，也常听见CAN协议。

2、CAN协议和CANOpen协议是两套不同的协议。从软硬件层次来划分，CAN协议属于硬件协议，而CANOpen属于软件协议。

3、下面先概述一下CAN网络，让大家对CAN总线协议有一个全局的概念，再到底层的CAN总线协议知识。

（1）CAN网络

CAN网络可以理解为多台CAN设备连接在同一条CAN总线上组合成的网络，其中的CAN设备我们称之为节点。CAN网络拓扑结构如下图：

如上图，一个CAN节点主要包含三类：MCU应用程序、CAN控制器、CAN收发器。

①MCU应用程序

MCU应用程序我将其分为三块：业务逻辑代码、协议层代码、底层驱动代码。

A.业务逻辑代码：是根据项目需求而定，也很好理解。比如我读取一个传感器数据，并对其做出相应逻辑处理。

B.协议层代码：比如后续要讲述的CANOpen。

C.底层驱动代码：配置CAN总线相应参数、控制收发的代码。

②CAN控制器

CAN控制器内部结构还是挺复杂的，一般现在CAN控制器都是与处理器集成在一起。

其实对于编程的人来说，无非也就是包含一些控制、状态、配置等寄存器。

比如我们看到有些STM32芯片带有CAN，也就是说CAN控制器已经集成在STM32芯片中了，我们只需要编程操作其中的寄存器即可。

③ CAN收发器

CAN总线分高速CAN和低速CAN，收发器也分为高速CAN收发器（1Mbps）和低速CAN收发器（125Kbps）。低速CAN也叫Fault Tolerance CAN，指的是即使总线上一根线失效，总线依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作电平转换，CAN收发器的作用则是把逻辑信号转换为差分信号。

PS：你可以把CAN总线通信认为是UART通过485进行通信：CAN控制器就如UART的控制器，而CAN收发器就如485转换芯片。

（2）ISO标准化的CAN协议

写这一章节的主要目的就是想让大家了解CAN总线位于OSI所在层次。

① ISO/OSI基本参照模型

CAN总线标准之规定了物理层和数据链路层，至于应用层需要用户自定义。不同的CAN标准仅物理层不同。物理层和数据链路层：ISO11898；应用层：不同的应用领域使用不同的应用层标准。

ISO：International Standardization Organization国际标准化组织；

OSI：Open Systems Interconnection开放式系统间互联；

②CAN在OSI模型中的定义

LLC：Logical Link Control逻辑链路控制；

MAC：Medium Access Control媒介访问控制；

从上图可以知道CAN总线底层硬件的内容（CAN控制器、收发器）主要位于OSI的第1层和第2层。

CAN 物理层

连接在CAN总线上的设备叫做节点设备（CAN Node），CAN网络的拓扑一般为线型。线束最常用的是双绞线，线上传输为对称的差分电平信号。下图为CAN总线网络示意图，节点主要包括Host、控制器和收发器。Host常集成有CAN控制器，CAN控制器负责处理协议相关功能，以减轻Host的负担。CAN收发器将控制器连接到传输媒介。通常控制器和总线收发器通过光耦或磁耦隔离，这样即使总线上过压损坏收发器，控制器和Host设备也可以得到保护。

在发送数据时，CAN控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx线发送到CAN收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low输出到CAN总线网络。接收数据过程相反。采用差分信号，可以取得更好的电磁兼容效果。因此，CAN总线物理传输媒介只需要两根线。

高速CAN总线最高信号传输速率为1Mbps，支持最长距离40m。ISO11898-2要求在高速CAN总线两段安装端接电阻RL（端接电阻一般为120Ω，因为电缆的特性阻抗为120 Ω，为了模拟无限远的传输线）以消除反射。低速CAN最高速度只有125Kbps，所以ISO11898-3没有端接要求。

终端电阻的作用：

端接电阻一般为120Ω，因为电缆的特性阻抗为120 Ω，为了模拟无限远的传输线）以消除反射。

因为传输距离越大，信号时延也越大，为了保证消息的正确采样，总线上的信号速率相应也要下降。下图是推荐的信号速率与距离的关系。

CAN 数据链路层

在SPI通信中，片选、时钟信号、数据输入及数据输出这四个信号都有单独的信号线。而CAN使用的是两条差分信号线，只能表达一个信号。简洁的物理层决定了CAN必然要配上一套更为复杂的协议。如何用一个信号通道实现同样甚至更强大的功能，答案就是对数据或操作命令进行打包。

通信机制

多主机（Multi-Master）

安全敏感的应用（如汽车动力）对通信系统的可靠性要求很高。将总线能否正常工作归结到单一节点是非常危险的，比较合理的方案是对总线接入的去中心化，即每个节点都有接入总线的能力。这也是CAN总线采用多主控（Multi-Master）线性拓扑结构的原因。

在CAN总线上，每个节点都有往总线上发送消息的能力，而消息的发送不必遵从任何预先设定的时序，通信是事件驱动的。只有当有新的信息传递时，CAN总线才处于忙碌的状态，这使得节点接入总线速度非常快。CAN总线理论最高数据传输速率为1Mbps，对于异步事件反应迅速，基本对于ms级别的实时应用没有任何问题。

寻址机制

不同于其它类型的总线，CAN总线不设定节点的地址，而是通过消息的标识符（Identifier）来区别消息。这种机制虽然会增加消息的复杂度（增加标识符），但是节点在此情况下可以无需了解其他节点的状况，而相互间独立工作。在总线上增加节点时仅需关注消息类型，而非系统上其他节点的状况。这种以消息标识符寻址的方式，让总线上增加节点变得更加灵活。

总线访问CSMA/CD+AMP

CAN总线通信原理可简单描述为多路载波侦听+基于消息优先级的冲突检测和非破坏性的仲裁机制（CSMA/CD+AMP）。CSMA（Carrie

Sense Multiple Access）指的是所有节点必须都等到总线处于空闲状态时才能往总线上发送消息；CD+AMP（Collision

Detection + Arbitration on Message Priority）指的是如果多个节点往总线上发送消息时，具备最高优先级的消息获得总线。

多路载波侦听：网络上所有节点以多点接入的方式连接在同一根总线上，且发送数据是广播式的。网络上各个节点在发送数据前都要检测总线上是否有数据传输：若网络上有数据，暂时不发送数据，等待网络空闲时再发；若网络上无数据，立即发送已经准备好的数据。

冲突检测：节点在发送数据时，要不停的检测发送的数据，确定是否与其他节点数据发送冲突，如果有冲突，则保证优先级高的报文先发送。

非破坏性仲裁机制：通过ID仲裁，ID数值越小，报文优先级越高。

发送低优先级报文的节点退出仲裁后，在下次总线空闲时自动重发报文。

高优先级的报文不能中断低优先级报文的发送。

报文接收过滤

CAN控制器大多具有根据ID过滤报文的功能，即只接收某些ID的报文。节点对接收到的报文进行过滤：比较消息ID与选择器（Accepter）中和接受过滤相关位是否相同。如果相同，接收；如果不相同，则过滤。

概述CAN总线协议

CAN总线协议：就是为了保证通信（收发）数据在CAN总线上能稳定传输而制订的一套协议。

CAN总线协议的内容很多，为方便初学者理解，本文先大概描述一下CAN总线协议，后续文章详细讲述CAN总线协议的内容。

①总线信号

CAN总线为「两线」「差分」信号，用隐形代表逻辑1，显性代表逻辑0。如下图：

CAN总线采用差分信号传输，通常情况下只需要两根信号线就可以进行正常的通信。在差分信号中，逻辑0和逻辑1是用两根差分信号线的电压差来表示。当处于逻辑1，CAN_High和CAN_Low的电压差小于0.5V时，称为隐性电平（Recessive）；当处于逻辑0，CAN_High和CAN_Low的电压差大于0.9V，称为显性电平（Dominant）。

高速CAN

低速容错CAN （Fault Tolerance CAN）

CAN总线遵从“线与”机制：“显性”位可以覆盖“隐性”位；只有所有节点都发送“隐性”位，总线才处于“隐性” 状态。这种“线与”机制使CAN总线呈现显性优先的特性。。

② 优先级

16进制ID越小，优先级就越高

假如某一时刻，一个设备（节点）往总线发0，一个设备往总线发1。那么总线会呈现什么现象？

答案：最后总线呈现为显性，也就是0。

③ 位时序

在讲位时序之前，先介绍几个基本概念。

Time Quantum 时间份额tQ ：CAN控制器工作的最小时间单位，通常对系统时钟分频得到。

波特率：单位时间内（1s）传输的数据位，公式：1/位时间。举个例子，系统时钟频率36MHz，预分频因子为4，则CAN时钟频率9MHz，则Tq=1/9M。假设一个CAN位包含10个Tq，则一个位周期T=10Tq，从而波特率为1/T=0.9MHz.

为了实现位同步，CAN协议把每一位的时序分解成下图所示的四段。这四段的长度加起来即为一个CAN数据位的长度。一个完整的位由8-25个Tq组成。

同步端（SS，Synchronization Segment）

一个位的输出从同步段开始。若总线的跳变沿被包含在SS段的范围之内，则表示节点与总线的时序同步。节点与总线同步时，采样点采集到的总线电平即可被确定为该电平的电位。SS段的大小为1Tq.

传播段（PTS，Propagation Time Segment）

用于补偿信号在网络和节点传播的物理延时时间，是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。通常1-8Tq

相位缓冲段1（PBS1， Phase Buffer Segment 1）

主要用于补偿边沿阶段的误差，其时间长度在重新同步时可以加长。初始大小1-8Tq.

相位缓冲段2（PBS2，Phase Buffer Segment 2）

也是用于补偿边沿阶段的误差，其时间长度在重新同步时可以缩短。初始大小2-8Tq.

同步

CAN同步分为硬同步和重新同步。

同步规则：

一个位时间内只允许一种同步方式

任何一个“隐性”到“显性”的跳变都可用于同步

硬同步发生在SOF阶段，所有接收节点调整各自当前位的同步段，使其位于发送的SOF位内。

重新同步发生在一个帧的其他阶段，即当跳变沿落在同步段之外。

硬同步

当总线上出现帧起始信号（SOF，即隐性到显性的边沿）时，其他节点的控制器根据总线上的这个下降沿对自己的位时序进行调整，把该下降沿包含到SS段内。这样根据起始帧来进行的同步称为硬同步。

可以看到在总线出现帧起始信号时，该节点原来的位时序与总线时序不同步，因而这个状态的采样点采集到的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的SS段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步，这时采样点采集到的数据是正确数据。

同步前

同步后

重新同步

因为硬同步时只是在有帧起始信号时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，所以CAN引入了重新同步的方式。在检测到总线上的时序与节点使用的时序有相位差时（即总线上的跳变沿不在节点时序的SS段范围），通过延长PBS1段或缩短PBS2段来获得同步，这样的方式称为重新同步。

分两种情况：第一种，节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序比总线的时序相对滞后2个Tq，这是控制器在下一个时序中的PBS1段增加2Tq的时间长度，使得节点与总线时序重新同步。

第二种，节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序相对超前2Tq，这时控制器在前一个位时序中的PBS2段减少2Tq的时间长度，获得同步。

在重新同步的时候，PBS1和PBS2段的允许加长或缩短的时间长度定义为，重新同步补偿宽度（SJW，reSynchronization Jump Width）。这里设置的PBS1和PBS2能够增减的最大时间长度SJW=2Tq，若SJW设置的太小则重新同步的调整速度慢，若太大，则影响传输速率。

位时序逻辑将监视串行总线，执行采样并调整采样点，在调整采样点时，需要在起始位边沿进行同步并后续的边沿进行再同步。

简单的说就是对一个bit位分几段进行采样，目的就是提高数据传输稳定性。在STM32中底层驱动代码就需要进行位时序编程，在STM32参考手册中也会发现如下位时序图：

④ 帧的种类和格式

在原始数据段的前面加上传输起始标签、片选（识别）标签、控制标签，在数据的尾段加上CRC校验标签、应答标签和传输结束标签。把这些内容按特定的格式打包好，就可以用一个通道表达各种信号了。各种各样的标签，起到了协同传输的作用。当整个数据包被传输到其他设备时，只要这些设备按格式去解读，就能还原出原始数据。类似这样的数据包就被称为CAN的数据帧。

帧的种类有多种：