CAN 總線協議是什么

信息安全等級高級測評師 CISP-PTE

最佳答案

CAN是控制器局域網總線，是一種用于實時應用的串行通訊協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協議的健壯性使其用途延伸到其他自動化和工業應用。CAN協議的特性包括完整性的串行數據通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時具有11位的尋址以及檢錯能力。

CAN總線特征如下：

報文(Message)總線上的數據以不同報文格式發送，但長度受到限制。當總線空閑時，任何一個網絡上的節點都可以發送報文。
信息路由(Information Routing)在CAN中，節點不使用任何關于系統配置的報文，比如站地址，由接收節點根據報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統擴展時，不用對應用層以及任何節點的軟件和硬件作改變，可以直接在CAN中增加節點。
標識符(Identifier) 要傳送的報文有特征標識符(是數據幀和遠程幀的一個域)，它給出的不是目標節點地址，而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網絡上發送，所有節點都可以接收到。節點通過標識符判定是否接收這幀信息。
數據一致性應確保報文在CAN里同時被所有節點接收或同時不接收，這是配合錯誤處理和再同步功能實現的。
位傳輸速率不同的CAN系統速度不同，但在一個給定的系統里，位傳輸速率是唯一的，并且是固定的。
優先權由發送數據的報文中的標識符決定報文占用總線的優先權。標識符越小，優先權越高。
遠程數據請求(Remote Data Request) 通過發送遠程幀，需要數據的節點請求另一節點發送相應的數據。回應節點傳送的數據幀與請求數據的遠程幀由相同的標識符命名。
仲裁(Arbitration) 只要總線空閑，任何節點都可以向總線發送報文。如果有兩個或兩個以上的節點同時發送報文，就會引起總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲裁可以解決這個碰撞。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當具有相同標識符的數據幀和遠程幀同時發送時，數據幀優先于遠程幀。在仲裁期間，每一個發送器都對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續發送，如果發送的是“隱性”電平而監視到的是“顯性”電平，那么這個單元就失去了仲裁，必須退出發送狀態。
總線狀態總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態，“顯性”對應邏輯“0”，“隱性”對應邏輯“1”。“顯性”狀態和“隱性”狀態與為“顯性”狀態，所以兩個節點同時分別發送“0”和“1”時，總線上呈現“0”。CAN總線采用二進制不歸零(NRZ)編碼方式，所以總線上不是“0”，就是“1”。但是CAN協議并沒有具體定義這兩種狀態的具體實現方式。
故障界定(Confinement) CAN節點能區分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節點會被關閉。
應答接收節點對正確接收的報文給出應答，對不一致報文進行標記。
CAN通訊距離最大是10公里（設速率為5Kbps）,或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為40米)。
CAN總線上的節點數可達110個。通信介質可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。
報文是短幀結構，短的傳送時間使其受干擾概率低，CAN有很好的校驗機制，這些都保證了CAN通信的可靠性。

回答所涉及的環境：聯想天逸510S、Windows 10。

8個月前 / 評論

回答數量: 2

Simon

260 聲望

風險管理（專業級）RM/PL CICSA

SOF（幀開始）：通知其他ECU消息進入
CAN-ID：包含消息的優先級位和ECU的功能地址（就網絡而言，CAN-ID就像mac地址一樣，但不一樣）
RTR：遠程傳輸請求允許ECU從網絡上其他活動的ECU請求消息
控制：以字節為單位通知數據長度
數據：包含要通過協議傳輸的數據值
CRC：用于錯誤糾正和數據完整性的循環冗余值
ACK：表示CRC處理狀態
EOF：幀結束標記CAN消息幀的結束
現在，對于網絡數據包分析，我們只需要擔心 CAN-ID， CONTROL 和 DATA
Wireshark中的CAN總線流量

正如我們在Wireshark中看到的那樣，CAN總線是事件驅動的，當ECU通過某些操作（例如，換檔，指示器開/關，門鎖/解鎖等）生成數據時，它會立即在網絡上廣播，而不會發出任何消息排序。因此，如果我們要查找特定ECU的CAN-ID，則很難通過系統中其他活動ECU生成的數據噪聲來查找。幸運的是，Linux獲得了名為can-utils的開源軟件套件。 16這使我們能夠創建用于CAN流量處理和嗅探的網絡接口。它具有名為candump的實用程序，可以顯示，過濾和記錄CAN數據到文件。

設置虛擬CAN網絡以進行試驗和娛樂
因此，我們大多數人都不敢動手去購買一些硬件并與實際車輛混為一談，但仍然想知道CAN流量如何實時運行。解決方案是ICSim 16 （用于SocketCAN的儀器集群模擬器）是虛擬CAN網絡上的車輛儀表盤數據模擬器。

編譯ICSim的步驟
git clone https://github.com/zombieCraig/ICSim.git
apt-get install libsdl2-dev libsdl2-image-dev can-utils
cd ICSim && make && ./setup_vcan.sh
使用默認的硬編碼CAN-ID啟動ICSim

./icsim vcan0
./controls vcan0
現在根據CAN-ID短路更改數據

cansniffer vcan0 #Any CAN interface of your choice
選擇控制窗口，然后按向上箭頭鍵提高速度，您會注意到cansniffer輸出中的CAN-ID更改值很多，因此CAN-ID用于發動機ECU傳輸的車輛速度數據。您還可以在Wireshark中捕獲該流量并將其保存以備進一步分析。根據源代碼文件icsim.c，速度數據的默認仲裁/ CAN-ID為0x244。

Scapy最近增加了對CAN協議層的支持，因此現在您可以在python中進行各種數據分析。下面的基本腳本將來自CAN-ID的所有十六進制值保存在數組中，并找到最小和最大速度。可以使用matplotlib完成更酷的事情，以創建速度數據圖，以了解車輛由于道路交通而減速的次數。

 from scapy.all import *
import struct

load_layer("can") #Allows us to work with CAN-bus network layer please note that it only works with latest veersion of ScaPy library

can_packets = rdpcap('canbus-traffic-capture.pcap')

CAN_ID = #Your desired CAN-ID for vehicle speed data in hex format
raw_data = []

for x in can_packets:
        if x["CAN"].identifier == int(CAN_ID, 16):
            data = x["CAN"].data.hex()
            raw_data.append(data[10:]) #From traffic analysis we know that speed data only 4-bit long out of 14-bit hex string

raw_data = list(set(raw_data))

print("Raw RPM data in hex: " + str(raw_data))

delta_rpm = []

for y in raw_data:
    delta_rpm.append(int(y, 16))

回答所涉及的環境：聯想天逸510S、Windows 10。

8個月前 / 評論