菜鸟聊聊CAN(FD)、RS485/RS422、RS232、Ethernet以太网、EtherCat的应用与区别

elec921

菜鸟聊聊CAN(FD)、RS485/RS422、RS232、Ethernet以太网、EtherCat的应用与区别 [复制链接]

 

作为一个老不死的老菜鸟写的，多年经验，全是大白话（大实话），可能不对有失偏颇，但绝对值得菜鸟们看，以后你会发现这个家伙说的还真是那么回事。

 

一、重点聊聊CAN和RS485的区别和应用

CAN和485、422都是两线的串行总线，可以挂多个节点。这种总线的优势就是简单和灵活，简单就意味着成本低，连接节点之间只需要两根线而已，端子可以随便用成本很低的3.96端子，可以说是非常简单了。

从区别来讲，CAN对于485来讲最大的优势是错误处理、多主、仲裁、可靠性方面、CAN控制器的编程也简单，MCU核给它数它自己处理了。

 

RS485的优势是灵活性，有时候灵活性意味着速度，但是一般单片机用RS485是不会用专门的RS485控制器的，通信过程要全靠软件实现，软件不但要读寄存器还要进行各种判断和跳转，软件处理速度有时限制了通信速度。而CAN是有硬件控制器的，地址的识别、错误处理等都是控制器自动执行的，MCU核的软件只需要读写寄存器就可以了。另外485是一主多从，当多个节点同时发是不被允许的，会导致总线锁死，多个节点都需要主动发数的就不要用485了。但是你说CAN一定快于RS485吗？不一定哦。CAN2.0的速度只能到1M这个限制是芯片限制的，也就是你根本买不到超过1M的CAN2.0芯片好吧？实际上CAN的实施过程中基本750K~800K左右如果做不好信号质量线长节点多那么数据就很容易出错了。RS485的优势是几乎不限制速度，芯片很多支持到5M、10M的，只要硬件做的好，线不长、节点不多，10M也是非常可能的，注意10M已经接近低速以太网了哈。所以速度这块你要从上面说的两个方面综合考量。

 

CAN除了速度有限制，其传输效率也比RS485低，其中150多位只能传8个字节，多出的位就是为了实现多主、仲裁、错误处理提高可靠性的，所以有一些速度要求高的地方用RS422比CAN快，RS485/RS422一个字节数据只需要增加一个启动位，一个停止位、一个校验位，其他8位全是数据，从这一点上讲数据传输效率比CAN高很多，因为“”浪费的“”位少哈。

 

RS422简单理解就是收和发分开的RS485，可以全双工通信，其他跟RS485类似。CANFD是改进了CAN2.0发展而来的，它改进了数据效率低的缺点把数据域速率提高到5M然后把每帧最高字节数提高到64字节，然后保留了CAN2.0的多主、可靠性的那些东西。CANFD的数据效率已经提升很多了，应用也很简单，不过目前来讲，CANFD的芯片还是相对来说没有那么多和那么普及，首先支持CANFD的单片机少（不是没有哈，只是比较新，大部分都是20年以后的新片子），如果你想老单片机带CAN的升级成CANFD，外置个CANFD控制器是个可行方案但是，这类芯片也比较少比较难买（外置CANFD控制器比带CANFD的单片机更难买），我感觉可能还需要2年以上的时间CANFD才能达到CAN2.0的普及程度，毕竟CAN2.0对于很多人来说已经够用了。

 

再提一嘴RS232，RS232是收发全双工的，另外RS232是一对一的，你想1对多，可以搜索一个叫串口服务器的东西。RS232的数据速率和通信距离也不是很有优势。

 

二、关于以太网Ethernet

数据速度要求高、数据量大、数据实时性要求高的场合，实际上更适用的是Ethernet。因为CAN和485的传输介质的原因，其传输距离和速度和节点数三者总是那么矛盾，要把速度做高距离同时做快节点数做多同时误码率又做低总是很难（这是一个信号完整性问题没有经验的很难做）。而Ethernet轻轻松松在长距离可以做到几十M的速度，真的是轻轻松松。但是Ethernet不是2线制总线式的，需要路由器/交换机等中心设备做数据的中转，加上以太网的接口、硬件、线缆等比RS485和CAN的简单的两根线复杂，复杂意味着贵，所以以太网的实施成本要高一点。不过随着近些年工业设备的数据量越来越大、实时性要求越来越高、以及百兆以太网的器件成本的下降，以太网也成为趋势了。以太网的基于连接的TCP通信方式也能很好的保证数据的完整性（UDP可能容易错失数据）。

EtherCat你可以简单认为是以太网的变种，他是面向工业高速实时性要求而进行改进的。采用的接口跟以太网都是类似的水晶头那种，但是控制器大不相同，它采用了回环设计，每个节点都是一进一出，进来后把自己的数据插进去，然后再发出去，每一帧都是包含每个节点的数据的大帧，还有很多高级特性。其实施的复杂度和难度要高于普通的以太网，成本也高一些。

以太网的实施对于单片机系统来说有个问题就是它的复杂性比RS485/CAN要复杂，尤其TCP协议要基于嵌入式OS（例如FreeRTOS之类）进行移植，这就要求单片机菜鸟们懂点RTOS（这可让很多小白知难而退了）学习RTOS再移植LWIP怎么说也得有一个月吧（其实大部分都不做不到）。当然了也有采用SPI接口的以太网控制器W5500之类就不需要做OS了，但是你去看它文档也是上百页，新手摸索一星期可能才能行，复杂度比RS485要大多了。

但是呢，又来但是了，哈哈。还是建议大家学习RTOS，只会单片机，还是有很多事总是很尴尬。会了OS，不光是RTOS，其他可利用的轮子就多了去了，你会发现不一样的世界。艺多不压身哈。

 

三、应用场合推荐

最低成本+多节点：RS485。

最低成本+速度要求一般+多节点+要求可靠性：CAN

低成本+1对1：RS232

相对低成本+速度和数据量有要求+多节点+可靠性：CANFD

速度和数据量有要求+低成本+多节点：RS422（可用于系统内部多节点高速低成本数据通信）

速度要求+可靠性+传输距离+大数据量：Ethernet。

高速高可靠高高实时性：EtherCat。

hellokitty_bean

okhxyyo

谢谢分享~对想要学习了解这块的小伙伴很有帮助~

damiaa

这些都搞懂了，用熟了。  再提自己是菜鸟就谦虚了。

yilonglucky

点赞！干货！真正用过了，了解特性了才能写出此文

langtuodianzi

se7ens

总结得不错，谢谢分享

landeng1986

速度要求+可靠性+传输距离+大数据量+实时性：光纤

lugl4313820

CAN除了速度有限制，其传输效率也比RS485低，其中150多位只能传8个字节，多出的位就是为了实现多主、仲裁、错误处理提高可靠性的，所以有一些速度要求高的地方用RS422比CAN快，RS485/RS422一个字节数据只需要增加一个启动位，一个停止位、一个校验位，其他8位全是数据，从这一点上讲数据传输效率比CAN高很多，因为“”浪费的“”位少哈

楼主的讲解非常到位。

丶瑶瑶

bigbat

Ethernet和EtherCAN最大的区别是，一个是非实时的传输，一个是实时的传输。Ethernet即使速度很快也不是实时传输。

指针就是地址

简单明了……

chenzhufly

landeng1986 发表于 2022-10-12 18:56 速度要求+可靠性+传输距离+大数据量+实时性：光纤

光纤只能算是物理通道

冷月花魂

谢谢楼主！学习了

Honghuzaitian

学习了，其实对于这些传输协议本质上不是很清楚，还是得在实际操作中实践。

fetchstar

看到评论中有人写的是EtherCan而不是EtherCat，没查哪个是正确的。不过从描述上看，似乎是各节点共享帧，这样只能定义每个节点使用帧中哪个位置的信息，从而形成多个节点的信息传输。由于没深入去了解，还有很多问题需要说明，只是一个重要的问题就是当一个节点出现故障，是否会导致总线无法正常工作，因为每个节点都会对帧信息做重组，然后再发出去。

pdfcjdoicje

CAN除了速度有限制，其传输效率也比RS485低，其中150多位只能传8个字节，多出的位就是为了实现多主、仲裁、错误处理提高可靠性的，所以有一些速度要求高的地方用RS422比CAN快，RS485/RS422一个字节数据只需要增加一个启动位，一个停止位、一个校验位，其他8位全是数据，从这一点上讲数据传输效率比CAN高很多，因为“”浪费的“”位少哈

楼主的讲解非常到位。

elec921

damiaa 发表于 2022-10-12 12:02 这些都搞懂了，用熟了。  再提自己是菜鸟就谦虚了。

活到老   菜到老  哈哈哈

elec921

fetchstar 发表于 2022-10-15 10:47 看到评论中有人写的是EtherCan而不是EtherCat，没查哪个是正确的。不过从描述上看，似乎是各节点共享帧，这 ...

不做多臂机器人等强实时高速响应的东西可以先不用了解太深，这是个天坑

elec921

landeng1986 发表于 2022-10-12 18:56 速度要求+可靠性+传输距离+大数据量+实时性：光纤

很好的补充，以上各种方式都是从软件层面进行讨论，利用各种软件方法使距离变远、可靠性变强。而光纤这种物理介质把他们的命革了，这种物理介质可以使纵使如ttl等基本电平变得又快又远，就是成本高一些，硬件实施麻烦一点，还有，光纤线怕折，制作相对麻烦】哈哈，相对网线娇贵一些。