CAN總線的幀類型及結(jié)構(gòu)

本文主要介紹CAN總線的幀類型及結(jié)構(gòu)。

CAN總線定義五種幀類型，分別為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過載幀和幀間隔。數(shù)據(jù)幀就是總線上傳輸用戶數(shù)據(jù)的幀，其最高有效載荷是8字節(jié)（CAN FD為64字節(jié)），除了有效載荷外，數(shù)據(jù)幀還包括必要的幀頭幀位部分以執(zhí)行CAN標(biāo)準(zhǔn)通信，比如消息標(biāo)識符（Identifier）、數(shù)據(jù)長度代碼、校驗(yàn)信息等。遠(yuǎn)程幀是用來向總線上其它節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)的幀，它的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)幀相似，只不過沒有有效載荷部分；錯(cuò)誤幀是表示通信出錯(cuò)的幀；幀間隔是用來隔離數(shù)據(jù)幀或者遙控幀的。

數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種格式。標(biāo)準(zhǔn)格式有11位的標(biāo)識符，擴(kuò)展格式有29位標(biāo)識符。

數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示：

各個(gè)字段定義及長度分別為：

SOF：表示數(shù)據(jù)幀開始；（1bit）

Identifier：標(biāo)準(zhǔn)格式11 bit，擴(kuò)展格式29 bit包括Base Identifier（11bit）和Extended Identifier（18bit），該區(qū)段標(biāo)識數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高；

RTR：遠(yuǎn)程傳輸請求位，0時(shí)表示為數(shù)據(jù)幀，1表示為遠(yuǎn)程幀，也就是說RTR=1時(shí)，消息幀的Data Field為空；（1bit）

IDE：標(biāo)識符擴(kuò)展位，0時(shí)表示為標(biāo)準(zhǔn)格式，1表示為擴(kuò)展格式；（1bit）

DLC：數(shù)據(jù)長度代碼，0~8表示數(shù)據(jù)長度為0~8 Byte；（4bit）

Data Field：數(shù)據(jù)域；（0~8Byte）

CRC Sequence：校驗(yàn)域，校驗(yàn)算法G(x) = x15 + x14 + x10 + x8 + x7 + x4 + x3 + 1；（15bit）

DEL：校驗(yàn)域和應(yīng)答域的隱性界定符；（1bit）

ACK：應(yīng)答，確認(rèn)數(shù)據(jù)是否正常接收，所謂正常接收是指不含填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、 CRC 錯(cuò)誤。發(fā)送節(jié)點(diǎn)將此位為1，接收節(jié)點(diǎn)正常接收數(shù)據(jù)后將此位置為0；（1bit）

SRR：替代遠(yuǎn)程請求位，在擴(kuò)展格式中占位用，必須為1；（1bit）

EOF：連續(xù)7個(gè)隱性位（1）表示幀結(jié)束；（7bit）

ITM：幀間隔，Intermission (ITM)，又稱Interframe Space (IFS)，連續(xù)3個(gè)隱性位，但它不屬于數(shù)據(jù)幀。幀間空間是用于將數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀與前面的幀分離開來的幀。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可通過插入幀間空間將本幀與前面的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過載幀）分開。過載幀和錯(cuò)誤幀前不能插入幀間空間。

遠(yuǎn)程幀

一般情況，數(shù)據(jù)是由發(fā)送單元主動(dòng)向總線上發(fā)送的，但也存在接收單元主動(dòng)向發(fā)送單元請求數(shù)據(jù)的情況。遠(yuǎn)程幀的作用就在于此，它是接收單元向發(fā)送單元請求發(fā)送數(shù)據(jù)的幀。遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀的幀結(jié)構(gòu)類似，如下圖所示。

遠(yuǎn)程幀與數(shù)據(jù)幀的幀結(jié)構(gòu)區(qū)別如下表所示：

當(dāng)總線上具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí)，由于數(shù)據(jù)幀的 RTR 位是顯性的，數(shù)據(jù)幀將在仲裁中贏得總線控制權(quán)。

錯(cuò)誤幀

用于在接收和發(fā)送消息時(shí)檢測出錯(cuò)誤時(shí)，通知錯(cuò)誤的幀。錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志和錯(cuò)誤界定符構(gòu)成。錯(cuò)誤幀的幀結(jié)構(gòu)如下圖所示。

錯(cuò)誤標(biāo)志：6-12 個(gè)顯性/隱性重疊位

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

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

錯(cuò)誤界定符：8 個(gè)隱性位

過載幀

過載幀是用于接收單元通知發(fā)送單元它尚未完成接收準(zhǔn)備的幀。在兩種情況下，節(jié)點(diǎn)會發(fā)送過載幀：

接收單元條件的制約，要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)延緩下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的傳輸；
幀間空間（Intermission）的3 bit內(nèi)檢測到顯性位

每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多連續(xù)發(fā)送兩條過載幀。過載幀由過載標(biāo)志和過載界定符（8 個(gè)隱性位）構(gòu)成。過載幀的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

幀間隔

幀間隔是用來隔離數(shù)據(jù)幀（或者遙控幀）的，也就是說，數(shù)據(jù)幀（或者遙控幀）通過插入幀間隔可以將本幀與先行幀（數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過載幀）分隔開來。但是過載幀和錯(cuò)誤幀的前面不能插入幀間隔。

幀間隔有兩種不同的形式：

主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的幀間隔

被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的幀間隔

間隔段：連續(xù)三個(gè)隱性位；間隔段期間，所有節(jié)點(diǎn)不允許發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀，只要在這期間監(jiān)聽到顯性位，接收節(jié)點(diǎn)就會發(fā)送過載幀。

空閑段：連續(xù)隱性位，個(gè)數(shù)不一定，0個(gè)或者多個(gè)都可以。總線空閑的時(shí)間是任意長的，只要總線空閑，節(jié)點(diǎn)就可以競爭總線。

暫停段：又叫做延遲傳送段，只有處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在發(fā)送幀間隔的時(shí)候，才會在幀間隔中插入8個(gè)連續(xù)隱性位的暫停段。

以上就是針對CAN總線的幀結(jié)構(gòu)的介紹。