1 CAN的報(bào)文格式

在總線中傳送的報(bào)文，每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報(bào)文格式，其唯一的不同是標(biāo)識(shí)符（ID）長(zhǎng)度不同：

• 標(biāo)準(zhǔn)格式為11位

• 擴(kuò)展格式為29位

在標(biāo)準(zhǔn)格式中，報(bào)文的起始位稱為幀起始（SOF），然后是由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位(RTR)組成的仲裁場(chǎng)。RTR位標(biāo)明是數(shù)據(jù)幀還是請(qǐng)求幀，在請(qǐng)求幀中沒(méi)有數(shù)據(jù)字節(jié)。

控制場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位（IDE），指出是標(biāo)準(zhǔn)格式還是擴(kuò)展格式。它還包括一個(gè)保留位 (ro)，為將來(lái)擴(kuò)展使用。它的最后四個(gè)位用來(lái)指明數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（DLC）。

數(shù)據(jù)場(chǎng)范圍為0～8個(gè)字節(jié)，其后有一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的循環(huán)冗余檢查CRC。

應(yīng)答場(chǎng)（ACK）包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平（邏輯1），這時(shí)正確接收?qǐng)?bào)文的接收站發(fā)送主控電平（邏輯0）覆蓋它。用這種方法，發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個(gè)站能正確接收到報(bào)文。

報(bào)文的尾部由幀結(jié)束標(biāo)出。在相鄰的兩條報(bào)文間有一很短的間隔位，如果這時(shí)沒(méi)有站進(jìn)行總線存取，總線將處于空閑狀態(tài)。

CAN總線報(bào)文結(jié)構(gòu)如下圖所示，具體某一位或某幾位下面會(huì)詳細(xì)介紹。

2 數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀是使用最多的幀，結(jié)構(gòu)上由7段組成，其中根據(jù)仲裁段ID碼長(zhǎng)度的不同，分為標(biāo)準(zhǔn)幀（CAN2.0A）和擴(kuò)展幀（CAN2.0B）。

數(shù)據(jù)幀是由以下7段組成：

• 幀起始

• 仲裁斷

• 控制端

• 數(shù)據(jù)段

• CRC段

• ACK段

• 幀結(jié)束

數(shù)據(jù)幀類型及結(jié)構(gòu)如下圖所示

2.1 幀起始和幀結(jié)束

幀起始：由單個(gè)顯性位組成，總線空閑時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀起始，其他接收節(jié)點(diǎn)同步于該幀起始位。

幀結(jié)束：由7個(gè)連續(xù)的隱形位組成。

注：顯性電平和隱性電平是相對(duì)于CAN_H和CAN_L而言的差分信號(hào)電平，并非TTL電平上的高低電平，需要注意

幀起始和幀結(jié)如下圖所示：

2.2 仲裁段

CAN-bus是如何解決多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，即總線競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題？該問(wèn)題由仲裁段給出答案。

CAN-bus并沒(méi)有規(guī)定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，但通過(guò)仲裁段幀ID規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)版本不同，幀ID分為11位和29位兩種。數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如下圖所示：

如下圖所示CAN控制器在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)線的電平是否與發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)電平相同，如果不同，則停止發(fā)送并做其他處理。

假設(shè)節(jié)點(diǎn)A、B和C都發(fā)送相同格式相同類型的幀，如標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)幀，它們競(jìng)爭(zhēng)總線的過(guò)程如下圖所示：

從該分析過(guò)程得出結(jié)論是：幀ID值越小，優(yōu)先級(jí)越高；

對(duì)于同為擴(kuò)展格式數(shù)據(jù)幀、標(biāo)準(zhǔn)格式遠(yuǎn)程幀和擴(kuò)展格式遠(yuǎn)程幀的情況同理

2.3 控制段

控制段共6位，標(biāo)準(zhǔn)幀的控制段由擴(kuò)展幀標(biāo)志位IDE、保留位r0和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼DLC組成；擴(kuò)展幀控制段則由IDE、r1、r0和DLC組成如下圖所示。

2.4 數(shù)據(jù)段

一個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為0~8個(gè)字節(jié)，這種短幀結(jié)構(gòu)使得CAN-bus實(shí)時(shí)性很高，非常適合汽車和工控應(yīng)用場(chǎng)合如下圖所示。

數(shù)據(jù)量小，發(fā)送和接收時(shí)間短，實(shí)時(shí)性高，被干擾的概率小，抗干擾能力強(qiáng)。

2.5 CRC段

CAN-bus使用CRC校驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢錯(cuò)，CRC校驗(yàn)值存放于CRC段。CRC校驗(yàn)段由15位CRC值和1位CRC界定符構(gòu)成如下圖所示。

2.6 ACK段

當(dāng)一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)接收的幀起始到CRC段之間的內(nèi)容沒(méi)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，它將在ACK段發(fā)送一個(gè)顯性電平下圖所示。

2 遠(yuǎn)程幀

與數(shù)據(jù)幀相比，遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)上無(wú)數(shù)據(jù)段，由6個(gè)段組成，同理分為標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，且RTR位為1（隱性電平），遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)如下圖所示。

由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性電平，遠(yuǎn)程幀的RTR位為隱性電平。所以幀格式和幀ID都相同情況下，數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)比遠(yuǎn)程幀優(yōu)先級(jí)高，如下圖所示：

數(shù)據(jù)幀與遠(yuǎn)程幀的區(qū)別如下圖所示：

3 錯(cuò)誤幀

盡管CAN-bus是可靠性很高的總線，但依然可能出現(xiàn)錯(cuò)誤；CAN-bus的錯(cuò)誤類型共有5種，如下圖：

當(dāng)出現(xiàn)5種錯(cuò)誤類型之一時(shí)，發(fā)送或接收節(jié)點(diǎn)將發(fā)送錯(cuò)誤幀。錯(cuò)誤幀的結(jié)構(gòu)如下，其中錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)分為主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)：

為防止自身由于某些原因?qū)е聼o(wú)法正常接收的節(jié)點(diǎn)一直發(fā)送錯(cuò)誤幀，干擾其他節(jié)點(diǎn)通信，CAN-bus規(guī)定了節(jié)點(diǎn)的3種狀態(tài)及其行為：

（注：這些錯(cuò)誤處理的機(jī)制是由硬件自主完成的這樣做的目的就是只要CAN在收到數(shù)據(jù)肯定是正確的數(shù)據(jù)）。

4 過(guò)載幀與幀間隔 4.1 過(guò)載幀

當(dāng)某個(gè)接收節(jié)點(diǎn)沒(méi)有做好接收下一幀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)，將發(fā)送過(guò)載幀以通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)；過(guò)載幀由過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載幀界定符組成如下圖（過(guò)載幀結(jié)構(gòu)）：

由于存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)過(guò)載且過(guò)載幀發(fā)送有時(shí)間差問(wèn)題，可能出現(xiàn)過(guò)載標(biāo)志疊加后超過(guò)6個(gè)位的現(xiàn)象如下圖（過(guò)載幀具體結(jié)構(gòu)）：

4.2 幀間隔

幀間隔用于將數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀和他們之前的幀分離開(kāi)，但過(guò)載幀和錯(cuò)誤幀前面不會(huì)插入幀間隔。

幀間隔過(guò)后，如果無(wú)節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀，則總線進(jìn)入空閑。

幀間隔過(guò)后，如果被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)要發(fā)送幀，則先發(fā)送8個(gè)隱性電平的傳輸延遲，再發(fā)送幀。

5 CAN總線發(fā)送總流程

CAN-bus整個(gè)鏈路層處理數(shù)據(jù)的流程是下圖（CAN總線發(fā)送總流程）所示：

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