RS-485、以太网和CAN三种组网方式的比较

前言:
由于系统的数据流向不仅仅局限于板级内，除了板级内的芯片间通信(spi、iic等)，一般情况下均会涉及到系统级的通信(分布式系统)，常见的通信拓扑有一对一、一对多、多对多结构。而组网则是针对于一对多、多对多这样的拓扑，组网所使用的协议栈也就是该拓扑的软件实现，实现各个系统间的通信。

1. 常见的组网通信方式
在通信模型中，最基本的物理层和数据链路层是各个通信方式的共同之处，区别在于物理层的模拟信号不一样以及链路层的数据帧格式不一致。

那什么是物理层和数据链路层？
由于计算机只认识0/1这样的数字信号，而在介质中传播信号时又是模拟信号(比如差分信号)，所以既有数模转换的电路，又有模拟信号的传输介质，这一层称为物理层。
有了物理层，显然还不够，需要将一段0/1序列进行打包(称为数据帧)，同时具有错误勘察等功能。不同的通信方式的数据帧的格式不尽相同，所以需要相对应的控制器来实现数据帧的识别，这一层称为数据链路层。

1.1 以太网
硬件需求：
分为局域网和广域网，局域网内的ip处于同一个网段，采用集线器或者交换机和网线进行连接。
局域网和广域网之间的通信使用交换机来进行连接。
网线、集线器属于物理层设备；交换机属于数据链路层设备；路由器属于网络层设备。
软件需求：
TCP/IP协议栈。

1.2 CAN
硬件需求：
双绞线、收发器和控制器。CAN总线标准只规定了物理层和数据链路层，需要用户自定义应用层。
软件需求：
应用层的Canopen协议栈。

1.3 RS-485
硬件需求：
双绞线、收发器和控制器，485是一种差分信号的电气标准，数据链路层是串口控制器。
软件需求：
可以自定义应用层协议来实现组网，也可以使用Modbus协议栈。

2.485和CAN以及以太网的异同
2.1 相同点
都可以用来组网，实现多个设备的互联；
都采用差分信号进行传输；

2.2 不同点
通信方式上：
485为半双工；CAN为半双工；Ethernet为全双工。

距离与速度：
CAN：通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M）。
485：RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
以太网：在不接中继器、交换机和情况下，网线最多传输100米，速率100Mbps。

硬件成本：
485的硬件成本最低，CAN次之，以太网的成本最高(交换机价格贵)。

安全性和可靠性：
485的一个从站异常，会影响下一个从站的通信；CAN的一个从站异常，可自动退出，不影响其他从站；Etherner有超时重传机制，可靠但是不能保证实时性。

总线冲突的解决方式：
485：一主多从，主站轮询、一问一答，采用主机仲裁(应用层上实现，效率低)。
CAN：总线控制器实现总线仲裁(数据链路层实现，效率高)
Ethernet:再一次发送，直至不再冲突。(具有不确定性)

3 总结
存在即合理，任何一种东西的存在，都有它的与缺点。在实际项目开发中，具体选择哪一种总线来进行系统间的通信，需要考虑使用的条件，包括通信速度、安全性、可靠性、价格等。

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