基于CAN总线的IP网络实现

In automation there are used inexpensive serial communication bus technologies (eg. RS-485, CAN, etc. ) that allow connection of many devices to a single serial bus and those serial buses could be used to transfer IP protocol datagrams as well. However, there is no standardized protocol that would define how to transfer IP datagrams over such inexpensive serial buses. The purpose of this document is to present a draft specification of a protocol that would define how to transfer IP datagrams over CAN. ### 基于CAN总线的IP网络实现 #### 概述 在自动化领域中，低成本串行通信技术（如RS-485、CAN等）被广泛应用，这些技术允许多个设备连接到单一的串行总线上。这些串行总线理论上也可以用于传输IP协议数据报。然而，在当前的技术标准中，并没有明确的规定来定义如何通过这些低成本的串行总线传输IP数据报。本文档的目标是提出一种草案规格，以定义如何在CAN总线上传输IP数据报。 #### IP over CAN 知识点详解 ##### 现状与背景 目前还没有标准化的技术能够通过低成本的串行通信总线将设备直接接入互联网。通常情况下，唯一可行且标准化的方法是使用点对点串行接口（例如RS-232）配合PPP或SLIP协议进行连接。这种方法的主要缺点在于它仅支持点对点接口操作，无法支持多个设备同时接入同一总线。 在自动化行业中，诸如RS-485和CAN这样的低成本串行通信技术得到了广泛应用。这些技术不仅支持多个设备连接至同一个总线，理论上也支持IP协议数据报的传输。但遗憾的是，缺乏一个标准化的协议来规定如何在这些低成本串行总线上实现IP数据报的传输。 ##### 控制器区域网络(CAN) 控制器区域网络（Controller Area Network，简称CAN或CAN-bus）是一种广泛应用于自动化和汽车工业中的串行通信总线。CAN总线支持高达1Mbps的数据传输速率，并且能够在超过1公里的总线长度上运行。CAN的访问方法为载波侦听多路访问/冲突恢复（Carrier Sense Multiple Access/Collision Recovery，简称CSMA/CR）。这一机制确保了在发生碰撞时，具有更高优先级的帧能够优先发送。 ##### IP over CAN 协议目标 本协议旨在允许低成本设备直接接入互联网，使用低成本的串行通信总线作为连接手段。该协议不适用于硬实时操作环境。通过定义IP数据报在CAN总线上的传输方式，可以有效解决现有技术的局限性，使得低成本设备能够通过现有的串行通信基础设施轻松接入互联网。 #### 技术细节 1. **数据封装**：为了实现在CAN总线上传输IP数据报，需要定义一种新的数据封装格式，该格式能够适应CAN总线的数据包大小限制（通常是8个字节的数据字段）。 2. **地址映射**：由于CAN总线的地址空间有限，需要定义一种机制将IP地址映射到CAN总线的标识符上，以便于正确地识别和路由数据包。 3. **分片与重组**：由于CAN数据帧的大小限制，较长的IP数据报需要分割成多个CAN数据帧进行传输，并在接收端进行重组。 4. **错误检测与纠正**：在CAN总线上传输IP数据报时，需要考虑数据完整性的问题。可以采用CRC校验等技术来检测并纠正错误。 5. **优先级管理**：考虑到CAN总线的优先级机制，需要定义一种策略来处理不同IP数据报之间的优先级差异，确保关键数据能够及时传输。 #### 结论 IP over CAN协议为低成本设备提供了一种直接接入互联网的有效途径，不仅降低了设备接入互联网的成本，还提高了网络的灵活性和扩展性。尽管目前该协议仍处于草案阶段，但其潜在的应用价值不容忽视。随着该领域的进一步研究和发展，预计未来会有更多标准化的技术出现，以满足自动化领域日益增长的需求。