CAN總線上傳輸?shù)?a target="_blank">信息稱為報(bào)文，當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報(bào)文。

CAN通信是通過(guò)以下5種類型的幀進(jìn)行的：

數(shù)據(jù)幀

遙控幀

錯(cuò)誤幀

過(guò)載幀

幀間隔

另外，數(shù)據(jù)幀和遙控幀有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種格式。標(biāo)準(zhǔn)格式有 11 個(gè)位的標(biāo)識(shí)符（Identifier: 以下簡(jiǎn)稱 ID）， 擴(kuò)展格式有 29 個(gè)位的 ID。

各種幀的用途如下表所示：

數(shù)據(jù)幀由7個(gè)段構(gòu)成，圖解說(shuō)明如下所示：

幀起始：表示數(shù)據(jù)幀開始的段；

仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段，根據(jù)仲裁段ID碼長(zhǎng)度的不同，分為標(biāo)準(zhǔn)幀（CAN 2.0A）和擴(kuò)展幀（CAN 2.0B）；

控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段；

數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可發(fā)送0~8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；

CRC段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段；

ACK段：表示確認(rèn)正常接收的段；

幀結(jié)束：表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段。

1

數(shù)據(jù)幀

1.1、幀起始

幀起始由1個(gè)顯性位組成?？偩€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。

總線上的電平有顯性電平和隱性電平兩種。

總線上執(zhí)行邏輯上的線“與”時(shí)，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。

“顯性”具有“優(yōu)先”的意味，只要有一個(gè)單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強(qiáng)。）

1.2、仲裁段

仲裁段用于寫明需要發(fā)送到目的CAN節(jié)點(diǎn)的地址、確定發(fā)送的幀類型（當(dāng)前發(fā)送的是數(shù)據(jù)幀還是遙控幀），并確定發(fā)送的幀格式是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。

仲裁段在標(biāo)準(zhǔn)格式幀和擴(kuò)展格式幀中有所不同。標(biāo)準(zhǔn)格式幀的仲裁段由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成，擴(kuò)展格式幀的仲裁場(chǎng)由29位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成。

1.2.1、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀基于早期的CAN規(guī)格（1.0和2.0A版），使用了11位的識(shí)別域。

CAN標(biāo)準(zhǔn)幀幀信息是11字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分。如下表所列：

前3字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF=0，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的 ID 有 11 個(gè)位。從 ID10到 ID0依次發(fā)送。禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~3為報(bào)文識(shí)別碼，其高11位有效。

字節(jié)4~11為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。

1.2.2、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN擴(kuò)展幀幀信息是13字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分，如下表所示：

前5字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中FF=1，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個(gè)位?；?ID 從 ID28 到 ID18，擴(kuò)展 ID 由 ID17 到 ID0 表示?；?ID 和 標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同。禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：基本 ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~5為報(bào)文識(shí)別碼，其高28位有效。

字節(jié)6~13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。

1.3、控制段

控制段由6個(gè)位組成，包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼和兩個(gè)將來(lái)作為擴(kuò)展用的保留位，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的構(gòu)成有所不同。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼指示了數(shù)據(jù)段中的字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼為4個(gè)位，在控制段里被發(fā)送，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度允許的字節(jié)數(shù)為0、1、2、3、4、5、6、7、8，其他數(shù)值為非法的。

保留位（r0、r1）必須全部以顯性電平發(fā)送。但接收方可以接收顯性、隱性及其任意組合的電平。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）與數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)必須為 0~8 字節(jié)，但接收方對(duì) DLC = 9~15 的情況并不視為錯(cuò)誤。

1.4、數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成，它可以為0~8字節(jié)，每字節(jié)包含了8位，首先發(fā)送最高有效位MSB，依次發(fā)送至最低有效位LSB。

1.5、CRC段

CRC段是檢查幀傳輸錯(cuò)誤的幀，包括：15 個(gè)位的 CRC序列（CRC SEQUENCE）和1 個(gè)位的CRC界定符（CRC DELIMITER）構(gòu)成。

CRC序列是根據(jù)多項(xiàng)式生成的 CRC 值，CRC 的計(jì)算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù) 段。接收方以同樣的算法計(jì)算 CRC 值并進(jìn)行比較，不一致時(shí)會(huì)通報(bào)錯(cuò)誤。

1.6、ACK段

ACK段用來(lái)確認(rèn)是否正常接收。由 ACK 槽（ACK SLOT）和 ACK 界定符（ACK DELIMITER）2 個(gè)位構(gòu)成。

發(fā)送單元在 ACK 段發(fā)送 2 個(gè)位的隱性位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文時(shí)，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙（ACK SLOT）期間（發(fā)送ACK 信號(hào)）向發(fā)送器發(fā)送一個(gè)“顯性”的位以示應(yīng)答，通知發(fā)送單元正常接收結(jié)束，這稱作“發(fā)送 ACK”或者“返回 ACK”。

發(fā)送 ACK/返回 ACK是在既不處于總線關(guān)閉態(tài)也不處于休眠態(tài)的所有接收單元中，接收到正常消息的單元 （發(fā)送單元不發(fā)送 ACK）。所謂正常消息是指不含填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、CRC 錯(cuò)誤的消息。

1.7、幀結(jié)束

幀結(jié)束是由每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)志序列界定的，這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)“隱性”位組成。

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標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議可以接收和發(fā)送11位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和29位擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀只是幀ID長(zhǎng)度不同，以便可以擴(kuò)展更多CAN節(jié)點(diǎn)。

2.1、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀基于早期的CAN規(guī)格（1.0和2.0A版），使用了11位的識(shí)別域。

CAN標(biāo)準(zhǔn)幀幀信息是11字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分。如下表所列：

前3字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF=0，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的 ID 有 11 個(gè)位。從 ID10 到 ID0 依次發(fā)送，可以出現(xiàn)2^11種報(bào)文，幀ID的范圍是：000-7FF，禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~3為報(bào)文識(shí)別碼，其高11位有效。

字節(jié)4~11為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。

2.2、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN擴(kuò)展幀幀信息是13字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分，如下表所示：

前5字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中FF=1，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個(gè)位，基本 ID 從 ID28 到 ID18，擴(kuò)展 ID 由 ID17 到 ID0 表示，基本 ID 和 標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同，可以出現(xiàn)2^29種報(bào)文，且在數(shù)據(jù)鏈路上是有間隙的（對(duì)操作者透明），幀ID的范圍是0000 0000-1FFF FFFF，禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：基本 ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~5為報(bào)文識(shí)別碼，其高28位有效。

字節(jié)6~13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無(wú)效。

2.3、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的特性

CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀只是幀ID長(zhǎng)度不同，功能上都是相同的，它們有一個(gè)共同的特性：幀ID數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。

3

遙控幀

3.1、遙控幀格式

遙控幀是接收單元向發(fā)送單元請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)所用的幀，遙控幀由 6 個(gè)段組成，遙控幀沒(méi)有數(shù)據(jù)段。

遙控幀的構(gòu)成如下所示：

幀起始（SOF）：表示幀開始的段；

仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段?？烧?qǐng)求具有相同 ID 的數(shù)據(jù)幀；

控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段；

CRC 段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段；

ACK 段：表示確認(rèn)正常接收的段；

幀結(jié)束：表示遙控幀結(jié)束的段。

遙控幀格式如下圖所示：

3.2、數(shù)據(jù)幀和遙控幀的區(qū)別

數(shù)據(jù)幀和遙控幀主要有兩點(diǎn)區(qū)別：

遙控幀沒(méi)有數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段；

遙控幀RTR位是隱性，RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是數(shù)據(jù)幀（RTR位“顯性”）還是遠(yuǎn)程幀（RTR位“隱性”）。所以，沒(méi)有數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)幀和遙控幀可通過(guò) RTR 位區(qū)別開來(lái)。

4

錯(cuò)誤幀

4.1、錯(cuò)誤幀格式

錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志（Error Flag）和錯(cuò)誤界定符（Error Delimiter）組成。

接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線上的報(bào)文有錯(cuò)誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，它是6個(gè)連續(xù)的顯性位。其他節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后發(fā)送錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志，它由6個(gè)連續(xù)的隱性位組成。由于各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)間可能不同，所以總線上實(shí)際的錯(cuò)誤標(biāo)志可能由6~12個(gè)顯性位組成。

錯(cuò)誤界定符由 8 個(gè)位的隱性位構(gòu)成。當(dāng)錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)生后，每一個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線，直至檢測(cè)到一個(gè)顯性電平的跳變。此時(shí)表示所有的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成了錯(cuò)誤標(biāo)志的發(fā)送，并開始發(fā)送8個(gè)隱性電平的界定符。

如下所示：

4.2、主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志

錯(cuò)誤標(biāo)志包括主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志兩種。

主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志，6 個(gè)位的顯性位；

被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志，6 個(gè)位的隱性位。

4.3、錯(cuò)誤幀種類

錯(cuò)誤幀共有 5 種，多種錯(cuò)誤可能同時(shí)發(fā)生，種類如下所示：

位錯(cuò)誤

填充錯(cuò)誤

CRC 錯(cuò)誤

格式錯(cuò)誤

ACK 錯(cuò)誤

錯(cuò)誤的種類、錯(cuò)誤的內(nèi)容、錯(cuò)誤檢測(cè)幀和檢測(cè)單元如下表所示：

重點(diǎn)聊一聊位錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤。

位錯(cuò)誤特性如下所示：

位錯(cuò)誤由向總線上輸出數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀的單元和輸出 ACK 的單元、輸出錯(cuò)誤的單元來(lái)檢測(cè)；

在仲裁段輸出隱性電平，但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將被視為仲裁失利，而不是位錯(cuò)誤；

在仲裁段作為填充位輸出隱性電平時(shí)，但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將不視為位錯(cuò)誤，而是填充錯(cuò)誤；

發(fā)送單元在 ACK 段輸出隱性電平，但檢測(cè)到顯性電平時(shí)，將被判斷為其它單元的 ACK 應(yīng)答，而非位錯(cuò)誤；

輸出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6 個(gè)位隱性位）但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將遵從錯(cuò)誤標(biāo)志的結(jié)束條件，等待檢測(cè)出連續(xù)相同 6 個(gè)位的值（顯性或隱性），并不視為位錯(cuò)誤。

格式錯(cuò)誤特性如下所示：

即使接收單元檢測(cè)出 EOF（7 個(gè)位的隱性位）的最后一位（第 8 個(gè)位）為顯性電平，也不視為格式錯(cuò)誤；

即使接收單元檢測(cè)出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）中 9～15 的值時(shí)，也不視為格式錯(cuò)誤。

發(fā)送單元發(fā)送完錯(cuò)誤幀后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀，錯(cuò)誤標(biāo)志輸出時(shí)序如下表所示：

5

過(guò)載幀

過(guò)載幀是用于接收單元通知其尚未完成接收準(zhǔn)備的幀，過(guò)載幀由過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符構(gòu)成。

過(guò)載標(biāo)志由6個(gè)位的顯性位組成，過(guò)載標(biāo)志的構(gòu)成與主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志的構(gòu)成相同。過(guò)載標(biāo)志其形式破壞了間歇場(chǎng)的固定格式，結(jié)果使其他所有節(jié)點(diǎn)也檢測(cè)到了一個(gè)出錯(cuò)狀態(tài)，就都各自送出一個(gè)超載標(biāo)志。

過(guò)載界定符由8個(gè)位的隱性位組成，過(guò)載界定符的構(gòu)成與錯(cuò)誤界定符的構(gòu)成相同。過(guò)載標(biāo)志發(fā)送完畢后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)總線進(jìn)行監(jiān)察，直到檢測(cè)到一個(gè)隱性位為止。此時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均已發(fā)送完各自的過(guò)載標(biāo)志，接著所有節(jié)點(diǎn)還要同時(shí)開始發(fā)送7個(gè)隱性位，配齊長(zhǎng)達(dá)8位的過(guò)載界定符。

過(guò)載幀的構(gòu)成如下圖所示：

6

幀間隔

幀間隔是用于分隔數(shù)據(jù)幀和遙控幀的幀。數(shù)據(jù)幀和遙控幀可通過(guò)插入幀間隔將本幀與前面的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀）分開，過(guò)載幀和錯(cuò)誤幀前不能插入幀間隔。

幀間隔的構(gòu)成如下圖所示：

幀間隔由間隔段、總線空閑段和延遲傳送段組成，具體說(shuō)明如下所示：

間隔段：間歇由3個(gè)隱性位構(gòu)成。在間歇期間，不允許任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。唯一可以執(zhí)行的操作是通報(bào)超載狀態(tài)；

總線空閑段：總線空閑時(shí)間長(zhǎng)短不限?？偩€一經(jīng)確認(rèn)處于空閑狀態(tài)，則任何節(jié)點(diǎn)都可以訪問(wèn)總線來(lái)傳送信息。因另一幀正在傳送而延期發(fā)送的幀是從間歇之后的第一位開始送出的。通過(guò)對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)在總線空閑期間的顯性位將被認(rèn)為是幀起始；

延遲傳送段：處于錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)完成其發(fā)送動(dòng)作后，在被允許發(fā)送下一幀以前，它要在間歇之后送出8個(gè)隱性位。如果間歇期間執(zhí)行了（由另一個(gè)節(jié)點(diǎn)引起的）發(fā)送動(dòng)作，此節(jié)點(diǎn)將會(huì)變成正被發(fā)送的幀的接收器。

審核編輯：劉清