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@大麻哈
2年前 提问
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CAN 总线协议是什么

安全小白成长记
2年前
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CAN是控制器局域网总线，是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。

CAN总线特征如下：

  • 报文(Message)总线上的数据以不同报文格式发送，但长度受到限制。当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。

  • 信息路由(Information Routing)在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。

  • 标识符(Identifier) 要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域)，它给出的不是目标节点地址，而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。

  • 数据一致性应确保报文在CAN里同时被所有节点接收或同时不接收，这是配合错误处理和再同步功能实现的。

  • 位传输速率不同的CAN系统速度不同，但在一个给定的系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。

  • 优先权 由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。标识符越小，优先权越高。

  • 远程数据请求(Remote Data Request) 通过发送远程帧，需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。

  • 仲裁(Arbitration) 只要总线空闲，任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文，就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送，如果发送的是“隐性”电平而监视到的是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。

  • 总线状态 总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“0”，“隐性”对应逻辑“1”。“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态，所以两个节点同时分别发送“0”和“1”时，总线上呈现“0”。CAN总线采用二进制不归零(NRZ)编码方式，所以总线上不是“0”，就是“1”。但是CAN协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式。

  • 故障界定(Confinement) CAN节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。故障节点会被关闭。

  • 应答接收节点对正确接收的报文给出应答，对不一致报文进行标记。

  • CAN通讯距离最大是10公里（设速率为5Kbps）,或最大通信速率为1Mbps(设通信距离为40米)。

  • CAN总线上的节点数可达110个。通信介质可在双绞线，同轴电缆，光纤中选择。

  • 报文是短帧结构，短的传送时间使其受干扰概率低，CAN有很好的校验机制，这些都保证了CAN通信的可靠性。

Simon
2年前

SOF（帧开始）： 通知其他ECU消息进入
CAN-ID： 包含消息的优先级位和ECU的功能地址（就网络而言，CAN-ID就像mac地址一样，但不一样）
RTR： 远程传输请求允许ECU从网络上其他活动的ECU请求消息
控制： 以字节为单位通知数据长度
数据： 包含要通过协议传输的数据值
CRC： 用于错误纠正和数据完整性的循环冗余值
ACK： 表示CRC处理状态
EOF：帧结束标记CAN消息帧的结束
现在，对于网络数据包分析，我们只需要担心 CAN-ID， CONTROL 和 DATA
Wireshark中的CAN总线流量

正如我们在Wireshark中看到的那样，CAN总线是事件驱动的，当ECU通过某些操作（例如，换档，指示器开/关，门锁/解锁等）生成数据时，它会立即在网络上广播，而不会发出任何消息排序。因此，如果我们要查找特定ECU的CAN-ID，则很难通过系统中其他活动ECU生成的数据噪声来查找。幸运的是，Linux获得了名为can-utils的开源软件套件。 16这使我们能够创建用于CAN流量处理和嗅探的网络接口。它具有名为candump的实用程序，可以显示，过滤和记录CAN数据到文件。

设置虚拟CAN网络以进行试验和娱乐
因此，我们大多数人都不敢动手去购买一些硬件并与实际车辆混为一谈，但仍然想知道CAN流量如何实时运行。解决方案是ICSim 16 （用于SocketCAN的仪器集群模拟器）是虚拟CAN网络上的车辆仪表盘数据模拟器。

编译ICSim的步骤
git clone https://github.com/zombieCraig/ICSim.git
apt-get install libsdl2-dev libsdl2-image-dev can-utils
cd ICSim && make && ./setup_vcan.sh
使用默认的硬编码CAN-ID启动ICSim

./icsim vcan0
./controls vcan0
现在根据CAN-ID短路更改数据

cansniffer vcan0 #Any CAN interface of your choice
选择控制窗口，然后按向上箭头键提高速度，您会注意到cansniffer输出中的CAN-ID更改值很多，因此CAN-ID用于发动机ECU传输的车辆速度数据。您还可以在Wireshark中捕获该流量并将其保存以备进一步分析。根据源代码文件icsim.c，速度数据的默认仲裁/ CAN-ID为0x244。

Scapy最近增加了对CAN协议层的支持，因此现在您可以在python中进行各种数据分析。下面的基本脚本将来自CAN-ID的所有十六进制值保存在数组中，并找到最小和最大速度。可以使用matplotlib完成更酷的事情，以创建速度数据图，以了解车辆由于道路交通而减速的次数。

 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))
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