同一时刻只有一个控制单元向总线发送信息。其它的控制单元接收信息，其中一些控制单元对这些数据感兴趣并采用这些数据，而另一些控制单元则可能不理会这些数据。由于采用了许多新技术和独特的设计思想,与同类产品相比,CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点。为使设计透明和执行灵活,遵循ISO/OSI标准模型,CAN总线结构划分为两层:物理层和数据链路层(包括逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC)。其中,LLC子层为数据传递和远程数据请求提供服务;MAC子层的功能主要是传送规则,即控制帧结构、执行仲裁、错误检验、出错标定和故障界定。要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。在几个站同时需要发送数据时，要求快速地进行总线分配。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用识别符的位形式仲裁可以解决这个冲突。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。
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CAN总线的主要特点
(1)可在各节点之间实现自由通信。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片已经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。CAN总线插卡可以任意插在PC AT XT兼容机上，方便地构成分布式监控系统。
(2)CAN网络节点可以安排优先级顺序,以满足和协调各自不同的实时性要求。数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他（一个或多个）节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信。
(3)采用非破坏性的总线仲裁技术,多点同时发送信息时,按优先级顺序通信,节省总线冲突仲裁时间。多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞。
(4) CAN只需对报文的标识符滤波即可以进行点对点、一点对多点和全域广播方式传递信息。
(5)通信速率最高可达1Mbps(40m以内),最长传递距离达10km(速率为5kbps以下)。 (6) CAN上的节点数主要决定于总线驱动电路，目前可达110个,报文标志符2032种(CAN2.0A),扩展标准(CAN2.0B)中报文标志符几乎不受限制。
(7) CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。短帧数据结构,传输时间短,抗干扰能力强,检错效果好。
(8)通信介质可以用双绞线、同轴电缆或光导纤维。(9)网络节点在错误严重的情况下可以自动关闭输出功能,脱离网络。
(10) 结构简单，只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块。
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CAN的应用领域
20世纪80年代,德国的BOSCH公司首先应用CAN总线于汽车内部的测控通信。CAN国际标准化的制定,更加推动了它的发展和应用,已有INTEL、MOTOROLA、PHILIPS、SIEMENS等百余家国际大公司支持CAN总线协议。现在,在欧美等国CAN总线已被广泛地应用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼宇、机械制造、数控机床、各种机械设备、交通管理、传感器、自动化仪表等领域。从“九·五”开始,我国政府就投资支持现场总线的开发,其中CAN等总线在国内已经得到较广泛的应用,被大量地应用于工农业监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制、煤炭综合监控等。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹) 等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围已不再局限于汽车行业, 而向自动控制、航空航天、航海、过程控制工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。很多大专院校及科研单位也投入大量的人力和资金加强现场总线,尤其是CAN总线技术的研究和开发。
CAN总线具有通信速率高、可靠性好、连接方便和性能价格比高等诸多优点,所以它的开发和应用发展迅速,国际上各大厂商不断研制和推出新的CAN总线产品,并逐步形成系列。 常见的有关CAN的芯片：
(1)CAN控制器:由PHILIPS公司生产的82C200是适用于汽车和一般工业环境控制的高集成度独立控制器。它具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性,可通过并行总线和各种CPU接口。INTEL公司生产的82526是一种执行CAN规程的独立CAN通信控制器,符合CAN2.0A标准。82527是一种独立的CAN控制器,可通过并行总线与各种微控制器(INTEL、MOTOROLA类型)接口,也可以通过串行接口(SPI)与无并行总线的微控制器(如MC68HC05)接口。
(2)CAN控制器接口:82C250是PHILIPS公司生产的CAN总线收发器,用于CAN控制器与物理总线的连接,可以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。类似功能的器件还有SILIONI公司的SI9200。
(3)CAN I/O器件:P82C150是带有位速率检测和校正的CAN协议控制器的单片16位I/O器件,提供可组态的事件捕获功能,支持由端口输入管脚上变化引起的自动发送。
(4)带有在片CAN的微控制器:这是一类在原有基础上增加了CAN在片控制器等硬件功能的单片机。有PHILIPS公司的P8XC592和P8XCE598系列,INTEL公司的87C196CA/CB等。 基于CAN总线的系统硬件设计：现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)是新一代控制系统,突破了传统的集散式控制系统DCS(Distributed Control System)中通信由专用网络的封闭系统实现所带来的缺陷。使用基于标准化、公开化、数字化的解决方案,可以将不同厂商的自动化设备组建成系统,实现综合自动化的各种功能,使控制功能彻底下放到现场,实现新型的全分布式结构。
基于CAN总线的现场总线控制系统FCS硬件设计一般可以按如下步骤进行: (1)定义各节点的功能,确定各节点测控量的数目、类型、信号特征等。 (2)选择节点控制器和适配元件。
(3)根据CAN总线物理层协议选择传输介质,设计布线方案,组成总线网络。考虑系统的可靠性,进行适当的冗余设计,传输介质可设两套,同时传输信息。若通信距离较长,在适当的地方
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加接中继站,以扩展总线的通信距离。
目前大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段，以MCU为核心，与一些检测、伺服、指示设配合实现一定的功能。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，嵌入式系统连接到Internet上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。Internet和嵌入式设备的结合是嵌入式系统和网络技术的真正未来。
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CAN的发展前景
(1)CAN将在竞争中占有一定的优势。目前市场上的现场总线产品除了国际标准IEC61158中包含的8种类型外,还有很多,如:LonWorks、DeviceNet等。在今后一段时间内,这些总线产品将与CAN总线共同发展,互相竞争。由于CAN总线所具有的高可靠性、实时性和灵活性等突出优点,加上广泛的应用基础,预计CAN总线将越来越受欢迎,并最终成为市场占有率很高的主要总线产品之一。
(2)与企业以太网(Ethernet)的互联。随着企业管理水平和信息化水平的提高、集成电路技术和计算机技术的发展,必然要求处于底层的现场总线测控网段与企业高层的管理网络互联,以便及时了解生产现场状况并实现管理和控制现场的操作。因此,CAN总线网络将进一步发展,通过网关或网桥向上与企业管理系统以太网联接构成管控一体化网络。
(3)与模糊控制技术和智能技术的结合。近年来,由于企业规模的不断扩大,生产过程控制系统也越来越复杂,系统的非线性增强、时滞增大,而且很难给系统的每个环节建立精确的数学模型,这就要求模糊逻辑控制的应用。现场总线的强大网络功能实现集中化管理,而对必要的现场环节实行分散的模糊控制。对这一问题进行了探讨并给出了仿真结果。对于人工智能技术和现场总线的结合进行了讨论,并设计出基于IA(IntelligentAgent)思想的现场总线控制系统。可以很好地提高系统的可靠性和智能化水平。把智能控制技术和现场总线结合起来将会成为以后工程控制中的主要研究和应用方向。
CAN总线作为一种可靠的计算机网络总线已在许多先进技术上得到应用，将CAN总线应用于智能传感器中，使传感器获得的信号能通过总线实时地、可靠地、高速而准确地进行传输，使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有信息和资源，达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。同时，由于整个智能传感器网络采用全数字化的通信，因此，总线也具有很好的抗干扰能力，是未来智能化传感器和智能化控制网络的发展趋势。 CAN总线技术是工业控制和计算机网络两者的结合的技术。Can总线控制网络从网络的结构、协议、实时性、灵活性、可靠性的方面都与计算机网络有相似的部分。工业控制网络的底层都有它的特殊性，特别是汽车产业中，要传输的信息帧都很短小，要求实时性很强、可靠性要高。这一点CAN总线协议作为一种简单而可靠的通信协议，除了在车用电控单元和仪表上有很好的应用前景外，在工业过程控制中亦有巨大的发展潜力。
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