CAN与CANOpen发展历史

CAN发展历史

CAN (Controller Area Network) 是一种用于嵌入式系统、工业自动化、汽车和其他应用的串行通信协议。它最早由 Bosch 在上世纪80年代为汽车行业开发，目的是为汽车电子设备提供一种可靠、高效且抗干扰能力强的通信方式。随着技术的发展，CAN 不仅在汽车行业得到了广泛应用，还在工业自动化、医疗设备、机器人等多个领域得到了广泛应用。

1. CAN的起源（1980年代）

• 1983年：Bosch 开始研究为汽车行业提供一种有效的串行通信方式，旨在解决汽车电子设备（如发动机控制单元、车窗控制器等）之间通信的复杂性和抗干扰性问题。早期的通信方式（如串行总线）存在数据传输速度慢、通信距离短、抗干扰能力差等问题。
• 1986年：Bosch 提出了 CAN（Controller Area Network） 协议，它是基于 多主结构 的，可以实现高效的通信。CAN 的设计强调了高可靠性、实时性和抗干扰能力，这使得它特别适合用于汽车的电子控制单元（ECU）之间的通信。

2. CAN 1.0的发布（1986-1990年）

• 1986年：CAN 1.0 的早期版本发布。该版本定义了 CAN 的基本通信协议，包括帧结构、错误检测机制、总线仲裁机制等。
• 1987年：Bosch 发布了第一个 CAN协议 的规格，并且对外公开。此时，CAN 协议的主要目的是为车载网络提供一种快速、可靠的通信方式，能够适应汽车中的复杂环境和各种电子设备的通信需求。

3. CAN 2.0的发布与普及（1991-2000年）

• 1991年：CAN 2.0 协议发布并得到了广泛应用。CAN 2.0 主要分为两个版本：CAN 2.0A（标准帧格式）和 CAN 2.0B（扩展帧格式）。其中，CAN 2.0A 支持 11 位标识符，CAN 2.0B 支持 29 位标识符，从而允许更多的设备连接到同一网络中。
• 1993年：CiA (CAN in Automation) 协会成立，开始推动 CAN 协议的标准化和应用。CiA 成为后续 CAN 相关协议（如 CANopen、CAN FD）的主要推动力量。
• 1994年：CAN 2.0 协议被大量应用于汽车行业，开始逐渐取代传统的车载通信协议。随着电子控制单元（ECU）数量的增多，CAN 成为车载总线的标准协议。
• 1995年：CAN 2.0 协议被 ISO 标准化，成为 ISO 11898 标准的一部分。ISO 11898 标准详细定义了 CAN 协议的各个方面，包括物理层和数据链路层。

4. CAN FD（Flexible Data-rate）的引入（2012年）

• 2012年：Bosch 发布了 CAN FD（Flexible Data-rate）协议，解决了传统 CAN 2.0 协议在数据传输速率和数据负载上的局限性。CAN FD 允许传输更大的数据包（最多 64 字节）和更高的数据传输速率（最高可达到 8 Mbps 或更高）。这使得 CAN 网络能够更好地适应现代汽车和工业自动化系统对更高带宽的需求。

  • 主要特点：

    • 更高的传输速率：最大传输速率可达到 8 Mbps，比 CAN 2.0 的 1 Mbps 快得多。
    • 更大的数据载荷：最大数据帧长度由 8 字节扩展至 64 字节。
    • 灵活的数据传输方式：可以在传输过程中调整传输速率，从而提高通信效率。

5. CAN XL的提出（2020年）

• 2020年：Bosch 提出了 CAN XL（Extended Long）协议，它是 CAN 协议的最新扩展。CAN XL 提供了更高的数据传输速率和更大的数据载荷，旨在满足未来汽车、工业自动化等领域对更大带宽和数据容量的需求。

  • CAN XL 的特点：

    • 更高的数据传输速率：支持 20 Mbps 或更高的速率，远高于 CAN FD。
    • 更大的数据载荷：支持最多 2048 字节的数据传输，远超 CAN FD 的 64 字节。
    • 兼容性：与 CAN 2.0 和 CAN FD 兼容，确保现有设备能够与新协议互操作。

6. CAN在其他领域的应用

• 汽车行业：CAN 协议在 汽车电子 中应用广泛，如发动机控制、车身控制、驾驶辅助系统等。
• 工业自动化：CANopen 和 CiA 协议的扩展使得 CAN 协议被广泛应用于工业控制和自动化系统。
• 医疗设备：用于医疗设备间的数据交换，如监护仪、输液泵等。
• 物联网和机器人：CAN 协议被用于传感器、执行器、机器人等设备间的实时数据传输。

CANOpen发展历史

CANopen 是基于 CAN（Controller Area Network）协议的一种高层通信协议，旨在为设备间提供一种灵活、标准化的通信方式。它最初由 CiA (CAN in Automation) 协会开发，尤其应用于工业自动化、汽车、医疗设备、运输等领域。

1. 起源与初期发展（1990s初期）

• 1992年：CANopen 协议的早期版本由 CiA (CAN in Automation) 协会提出。CiA 是一个专门从事 CAN 技术标准化的国际组织，成立的目的是为了推广 CAN 协议的应用，并为其应用提供更高层次的协议支持。

• 1993年：CiA 发布了 CANopen 协议的第一个正式版本。最初，CANopen 主要被设计为一种用于嵌入式控制系统的协议，尤其是在工业自动化和设备控制中应用。

2. 早期应用与标准化（1990s中期）

• 1994年：随着 CiA 协会的建立和 CANopen 协议的发展，许多自动化设备制造商开始使用 CANopen 作为设备间通信的标准协议。该协议迅速得到了 工业自动化、机器人控制、医疗设备等领域的支持。
• 在这一阶段，CANopen 被设计为支持设备互操作性的协议，通过定义如设备描述文件（EDS）等机制来使不同厂家设备能够无缝连接。

3. 协议扩展与优化（2000年代初期）

• 2000年：CiA 发布了 CANopen 4.0，并加强了协议的功能，增加了更多的控制命令、状态管理以及设备配置选项。这个版本的发布标志着 CANopen 开始向更广泛的领域扩展。
• 在这期间，CANopen 逐渐成为各类工业控制应用中的标准协议，如电气自动化、生产线控制、物流运输、医疗设备等。

4. 标准化与广泛应用（2000年代中期）

• 2003年：随着 CANopen 的不断发展和应用，协议得到了越来越多的工业领域的认可，尤其是在 分布式控制系统（DCS）、运动控制系统（Motion Control）等领域中得到了广泛应用。
• 这个时期，CANopen 协议不仅在机械设备中得到应用，还在 汽车行业 和 智能设备 中得到了使用。特别是在车辆网络系统中，CANopen 协议成为了许多控制系统和电子设备之间的数据传输协议。

5. 现代发展与进化（2010年代至今）

• 2010年及以后：CANopen 继续进行优化和扩展，适应更广泛的应用需求。CiA 发布了更多的标准，涵盖了更加细化的应用领域，如 诊断功能、对象字典的增强、传输速率和数据传输效率的提升。
• CiA 提出了多种附加协议，如 CANopen Safety（安全协议）和 CANopen over EtherCAT（集成 EtherCAT 的 CANopen）。
• 目前，CANopen 协议已经成为 工业自动化 和 嵌入式系统中广泛应用的标准，尤其在 智能制造 和 物联网 等新兴领域也占据了重要地位。

CiA History

1992 年，六家公司和两位私人成立了非营利性的 CiA（自动化中的 CAN）组织，旨在提供一个独立的机构来收集和分发有关控制器局域网 (CAN) 的技术、产品和营销信息。从一开始，该协会的目标就是提升 CAN 的形象，并为 CAN 协议的未来发展提供道路。

同年，CiA 会员首次在德国杜塞尔多夫 Interkama 展览会上设立联合展台。此外，还出版了第一期 CAN Newsletter 杂志。多年来，CiA 会员公司的数量稳步增长。

目前，已有 776 名成员加入了 CAN in Automation (CiA)

• 2024：ISO 11898-1和ISO 11898-2标准的第三版包括CiA 604-1（CAN FD光响应器）和CiA 610-1（CAN XL协议）规范，分别包括CiA 601-4（SIC收发器）和CiA 610-3（SIC XL收发器）规范。
• 2022：6 月初，CiA 通过为期 2 天的现场会议庆祝了其 30岁生日。会议内容包括 CiA 技术小组（CAN XL 和 CAN FD Light）对 CAN 最新发展、从海事电子设备到牙医椅的应用以及 CiA 规范的未来进行的演讲。
• 2021 年：另一个里程碑是CAN XL的开发，这是第三代 CAN 数据链路和物理层。发布了 CiA 610-1（数据链路层和物理编码子层要求）和 CiA 610-3（物理介质附件子层要求）规范。CAN XL 帧格式允许长度从 1 字节到 2 048 字节的数据字段。
• 2020：CiA 510规范指定了 CANopen 协议（例如 SDO 和 EMCY）到 J1939 参数组 (PG) 的映射。结合将特定于配置文件的 PDO 映射到 PG，这使得在 J1939 应用层上也可以使用 CiA 配置文件（CiA 4XX 系列）。
• 2019 年：为了改善 CAN FD 网络的使用，CiA 制定了 SIC（信号改善能力）收发器规范，该规范记录在CiA 601-4规范中。
• 2017 年：CiA 1301（CANopen FD 应用层和通信配置文件）规范发布。CANopen FD 利用 CAN FD 数据链路层提供更高的比特率和更大的有效载荷（每个数据帧最多 64 字节）。此外，CiA 发布了CiA 601（CAN FD 节点和系统设计）系列，其中包括规范、指南和建议。
• 2009 年：CiA 组织了第一届 CANopen Lift 插拔测试活动。这些活动的目的是检查和改进 CANopen 设备的互操作性。它有助于设备设计人员优化其设备软件。
• 2003 年：CiA 417（电梯控制系统的 CANopen 应用配置文件）规范系列发布。它也被称为 CANopen Lift，它规定了不同虚拟设备的通信接口。
• 2001 年：CiA 304（CANopen Safety）规范发布，同时在 EN 50325-5 中实现标准化。
• 1997 年：CiA 发布了用于驱动器和运动控制的CiA 402 CANopen 设备配置文件。这套配置文件规范标准化了伺服驱动器、变频器和步进电机控制器的功能行为。它还引入了几种操作模式和相应的配置参数。
• 1994 年：CiA 发布了CANopen 规范的第一个版本：CiA 301 是 Esprit 最成功的研究项目之一。第一届国际 CAN 会议 (iCC)在德国美因茨举行，来自世界各地的 CAN 专家在此交流知识和经验。