RS-485、以太網(wǎng)和CAN三種組網(wǎng)方式的比較

前言:
由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向不僅僅局限于板級(jí)內(nèi)，除了板級(jí)內(nèi)的芯片間通信(spi、iic等)，一般情況下均會(huì)涉及到系統(tǒng)級(jí)的通信(分布式系統(tǒng))，常見(jiàn)的通信拓?fù)溆幸粚?duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多結(jié)構(gòu)。而組網(wǎng)則是針對(duì)于一對(duì)多、多對(duì)多這樣的拓?fù)洌M網(wǎng)所使用的協(xié)議棧也就是該拓?fù)涞能浖?shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)間的通信。

1. 常見(jiàn)的組網(wǎng)通信方式
在通信模型中，最基本的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層是各個(gè)通信方式的共同之處，區(qū)別在于物理層的模擬信號(hào)不一樣以及鏈路層的數(shù)據(jù)幀格式不一致。

那什么是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層？
由于計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)0/1這樣的數(shù)字信號(hào)，而在介質(zhì)中傳播信號(hào)時(shí)又是模擬信號(hào)(比如差分信號(hào))，所以既有數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路，又有模擬信號(hào)的傳輸介質(zhì)，這一層稱為物理層。
有了物理層，顯然還不夠，需要將一段0/1序列進(jìn)行打包(稱為數(shù)據(jù)幀)，同時(shí)具有錯(cuò)誤勘察等功能。不同的通信方式的數(shù)據(jù)幀的格式不盡相同，所以需要相對(duì)應(yīng)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的識(shí)別，這一層稱為數(shù)據(jù)鏈路層。

1.1 以太網(wǎng)
硬件需求：
分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)的ip處于同一個(gè)網(wǎng)段，采用集線器或者交換機(jī)和網(wǎng)線進(jìn)行連接。
局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的通信使用交換機(jī)來(lái)進(jìn)行連接。
網(wǎng)線、集線器屬于物理層設(shè)備；交換機(jī)屬于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備；路由器屬于網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備。
軟件需求：
TCP/IP協(xié)議棧。

1.2 CAN
硬件需求：
雙絞線、收發(fā)器和控制器。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，需要用戶自定義應(yīng)用層。
軟件需求：
應(yīng)用層的Canopen協(xié)議棧。

1.3 RS-485
硬件需求：
雙絞線、收發(fā)器和控制器，485是一種差分信號(hào)的電氣標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層是串口控制器。
軟件需求：
可以自定義應(yīng)用層協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，也可以使用Modbus協(xié)議棧。

2.485和CAN以及以太網(wǎng)的異同
2.1 相同點(diǎn)
都可以用來(lái)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的互聯(lián)；
都采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸；

2.2 不同點(diǎn)
通信方式上：
485為半雙工；CAN為半雙工；Ethernet為全雙工。

距離與速度：
CAN：通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM(速率低于5Kbps)速率可達(dá)到1Mbps(通信距離小于40M）。
485：RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。
以太網(wǎng)：在不接中繼器、交換機(jī)和情況下，網(wǎng)線最多傳輸100米，速率100Mbps。

硬件成本：
485的硬件成本最低，CAN次之，以太網(wǎng)的成本最高(交換機(jī)價(jià)格貴)。

安全性和可靠性：
485的一個(gè)從站異常，會(huì)影響下一個(gè)從站的通信；CAN的一個(gè)從站異常，可自動(dòng)退出，不影響其他從站；Etherner有超時(shí)重傳機(jī)制，可靠但是不能保證實(shí)時(shí)性。

總線沖突的解決方式：
485：一主多從，主站輪詢、一問(wèn)一答，采用主機(jī)仲裁(應(yīng)用層上實(shí)現(xiàn)，效率低)。
CAN：總線控制器實(shí)現(xiàn)總線仲裁(數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)，效率高)
Ethernet:再一次發(fā)送，直至不再?zèng)_突。(具有不確定性)

3 總結(jié)
存在即合理，任何一種東西的存在，都有它的與缺點(diǎn)。在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，具體選擇哪一種總線來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)間的通信，需要考慮使用的條件，包括通信速度、安全性、可靠性、價(jià)格等。

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