美好的傳統類比時代已成為過去。今天，數位科技支配著人類生活的許多層面。從娛樂到交通，無處不見數位時代的蹤影。轉動鑰匙啟動引擎後，你將會被各種資訊包圍，從舒適氣流控制到嚴重的引擎故障。
以前，汽車感測器數量稀少，系統升級簡單。幾十年後，汽車的技術發展日趨成熟，環保意識也日益提高。除了最基本的車輛外，所有車輛都配有車載電腦，這些電腦依賴各種感測器來提供即時精確調整。然而，連接所有單一感測器將會過於複雜，因此需要一個中央通訊網路才能有效地運行車輛。因此，1983 年，德國工程和電子公司 Robert Bosch GmbH 的一群工程師致力於研究 CAN 匯流排協定，旨在為分佈在車輛各處的電子控制單元 (ECU) 之間提供通訊系統，以實現全系統的資料傳輸。
什麼是 CAN 匯流排技術？
CAN 匯流排是一種基於訊息的協定，它將網路中的單一系統、感測器和控制器連接起來，以實現通訊的順暢流動。CAN（控制器區域網路）充當連接身體所有部位的中央神經系統，而匯流排則是允許這些單一元件之間進行資料傳輸的通訊系統。這將控制電腦的工作負載降到最低，以便在與中央網路託管裝置斷開連接的系統中實現高效的資料傳輸和通訊。
現代車輛的底層佈線網路。
CAN 匯流排通訊
CAN 匯流排協定是一種點對點網路，無需主控制器。單一節點可以自由讀取和寫入網路上的資料。一旦 CAN 節點準備好傳輸資料，它會檢查匯流排流量，然後將 CAN 訊框寫入網路。每個節點都使用仲裁 ID 來識別訊息並指示優先級。根據仲裁 ID，CAN 節點決定是否接受該訊框。當 CAN 節點正確接收到訊息時，它會在傳輸結束時標記一個 ACK 位元（確認時段）。傳送訊息的相應節點將在匯流排上搜尋 ACK 位元的存在，如果未檢測到確認標籤，它將重新嘗試。
如果有許多節點同時向匯流排傳送訊息，則仲裁 ID 最低的訊息會獲得優先存取權。優先級較低的節點必須等待匯流排流量清除後，才能再次嘗試傳輸訊息。
CAN 匯流排實體層
實體層定義了裝置的實體規格，並對應某些電氣層。雖然有 7 個獨立的層次控制著不同抽象層次的通訊，但最重要的是實體層。其他層次可以稍後在軟體或硬體中作為晶片功能實施，但實體層與硬體相關。
實體層是一個基本硬體，控制著 CAN 網路的某些方面，例如訊號方案和能夠阻抗。它將兩種訊號狀態，顯性（邏輯 0）和隱性（邏輯 1），轉換為電脈衝，以用於可能的 CAN 匯流排訊息傳遞。雖然有幾種不同的實體層，但最廣泛使用的是
- 高速 CAN
- 網路採用兩條導線實施，允許通訊傳輸速率高達 1Mbit/s
- 使用高速 CAN 的裝置：防鎖死煞車系統、引擎控制模組、排放系統
- 低速 CAN
- 網路採用兩條導線實施，可以以高達 125 kbit/s 的速率與裝置通訊
- 雖然通訊速度較慢，但作為權衡，它提供了具有容錯功能的收發器
- 使用低速 CAN 的裝置：舒適應用，例如氣候控制、門開關
- 單線 CAN 硬體
- 能夠以高達 33.3 kbit/s 的速率與裝置通訊
- 無需高性能，適用於座椅和後視鏡調節器等舒適裝置
- 軟體可選 CAN 硬體
- 可以設定軟體可選 CAN 介面以使用任何板載收發器。您可以選擇自己的外部 CAN 收發器。
了解 CAN 匯流排訊息
CAN 匯流排網路使用廣播型系統在節點之間傳送訊息。這表示無法將訊息僅傳送給特定節點，所有節點都會不斷接收匯流排上的所有傳輸。然而，CAN 硬體提供本機篩選功能，以便節點可以透過位元仲裁對流量進行排序並選擇性地回應優先訊息。這些 CAN 訊息根據四種類型進行識別：資料訊框、遠端訊框、錯誤訊框和過載訊框。為了簡潔起見，我們只討論資料訊框，這是最常見的訊息類型。
每個資料訊框都包含主要部分
- 仲裁欄位：當兩個或多個節點在匯流排存取上發生衝突時，指示訊息優先級。訊框有兩種格式
- CAN 2.0A，標準格式，使用 11 位元仲裁 ID 和一個遠端傳輸 (RTR) 位元，對於資料訊框而言是顯性的
- CAN 2.0B，擴展格式，使用 29 位元仲裁 ID（包括兩個隱性位元：SRR 和 IDE）和 RTR 位元
- 資料欄位：包含 0-8 位元組的資料
- CRC 欄位包含一個 15 位元冗餘校驗和，用於錯誤檢測
- 確認時隙：任何正確接收訊息的 CAN 控制器在訊息結束時傳送 ACK 位元
- ACK 位元的存在表示匯流排上的一個或多個節點（不一定是預期的收件人）已正確接收到訊息
CAN 匯流排優點
CAN 匯流排協定大大減少了系統元件有效通訊所需的佈線量。它不使用包含數英里佈線的車輛線束，而是使用高速 (25kbps – 1Mbps) 雙絞線佈線系統。它提供了極大的靈活性，因為每個 ECU 都有一個獨立的晶片，使其能夠接收所有傳輸的訊息，判斷相關性並採取相應行動。如前所述，這是 CAN 匯流排通訊不可或缺的因素，因為它是一種廣播型網路。
此外，價格效能比使其成為最實惠和最可靠的網路系統之一。它不依賴類比佈線，因此需要更少的電纜和連接器，減少了故障點。更少的電纜和導線使其成為一個更簡化的系統，可以輕鬆調節。更不用說它還使系統對子系統故障和電磁干擾具有強大的抵抗力，大大減少了維護時間。
透過簡單的修改和附加節點的加入，它是汽車製造商最具成本效益的選擇。
標準與擴展 CAN 訊框結構
標準 CAN 訊框格式最初將仲裁欄位長度定義為 11 位元，但後來將其分為 CAN 2.0A 和 CAN 2.0B。CAN 2.0A 被認定為 Bosch 發布的乘用車規格，而 CAN 2.0B 則是主要用於重型車輛的擴展格式。兩者之間的根本區別在於仲裁欄位位元長度。現代 CAN 控制器通常實施 2.0B 擴展格式，因為 2.0A 型控制器無法接收 29 位元仲裁。CAN 匯流排 2.0B 控制器與 2.0A 向後相容，甚至可以存在於同一匯流排上，只要它們不傳輸擴展訊框。
CAN 2.0A（「標準 CAN」）資料訊框
CAN 2.0B（「擴展 CAN」）資料訊框。
CAN 匯流排的未來
CAN 匯流排協定最初是作為汽車現場匯流排技術的替代方案而設計的，旨在提高功能性。第一輛採用這項技術的汽車是 1986 年上市的 BMW 850 Coupe。它能夠將車內佈線減少 2 公里，因此顯著減輕了 50 多公斤的重量。更不用說，車輛系統和感測器能夠以高達 25kbps - 1Mbps 的速度相互通訊。CAN 匯流排協定的首次公開推出是成功的，但也帶來了一系列新問題。由於車輛變得越來越複雜，這使得售後安裝幾乎不可能。
然而，幾十年後，幾乎所有新款實用車輛和乘用車的設計都考慮了 CAN 匯流排協定。雲端運算和行動網路等現代技術發展改進了 CAN 匯流排協定，起到了阻止其滅絕的作用。自動化工業製造商已開始將 CAN 匯流排協定整合為分散式控制系統的一部分，該系統可在整個設施中實現系統間通訊。甚至汽車製造商也將 CAN 匯流排標準用於車載資通訊導航和即時 GPS 定位。隨著物聯網 (IoT) 的下一次技術擴展，對於複雜網路系統（例如 CAN 匯流排協定）來說，確保安裝的長期性和與未來世代的相容性將是不可或缺的
雖然 CAN 匯流排協定不是端到端解決方案，但其適應性和各種應用確保它將持續存在。
CAN 與物聯網
如今，CAN 匯流排技術不僅在消費車輛中顯而易見，而且在所有會移動的物體中，從工業卡車到地下採礦車輛。過去幾年，隨著物聯網的爆炸性增長，對連網智慧汽車的需求不斷增加。物聯網技術在汽車中的應用改善了診斷、維護以及汽車與智慧城市基礎設施之間的通訊。
隨著對新車載功能和駕駛員便利性（例如自動駕駛輔助和導航資訊娛樂系統）的需求持續增長，公司開始拓展無限的可能性。來自物聯網連接的感測資料將在商業和消費者層面產生變革性力量，為車隊管理和農業領域的創新開闢新機會。結合 CAN 匯流排技術，可以收集和分析來自物聯網感測器的資料，以提高生產力並節省整體成本。例如，CAN 匯流排協定允許運輸物流公司追蹤其長途卡車車隊的燃料消耗，以及監測引擎溫度和地理圍欄服務。
Premio 車載電腦
隨著即時資料速度成為必不可少的要求，後端技術的複雜性也隨之增加。CAN 匯流排系統設計使其成為投資物聯網連網汽車的公司的理想選擇，因為它透過資料以效能與成本之比提供了巨大的價值。新一代車載邊緣運算應用可以利用現有的 CAN 匯流排網路進行預測分析，從而推動新創新。
Premio 的堅固型車載電腦是堅固型邊緣運算解決方案的一個很好的例子，它能夠透過底層 CAN 匯流排網路分析和處理來自各種感測器和裝置的大量資料，確保資訊的持續流動。它們通過了 E-mark 和 EN50155 國際認證，能夠承受最嚴苛的車輛環境，使其能夠在各種邊緣運算應用中運行。
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