ISO 11898里CAN總線的基本特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)

范圍

ISO 11898-1主要描述了CAN總線的基本架構(gòu)，定義了CAN在數(shù)據(jù)鏈路層的通信方式。重點(diǎn)內(nèi)容是數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）和介質(zhì)訪問控制（MAC）。

LLC和MAC工作使用很少接觸，我理解的是把CAN比作一道菜的話，MAC是廚師，LLC是傳菜員。

ISO 11898-1定義了兩種CAN，經(jīng)典CAN和CAN FD。

經(jīng)典CAN：波特率最高1Mbit/s，數(shù)據(jù)場每幀可達(dá)8個字節(jié)。

CAN FD：波特率最高超過1Mbit/s，數(shù)據(jù)場每幀可超過8個字節(jié)。

其實(shí)這里說波特率不是特別準(zhǔn)確，看單位就知道規(guī)范的說法是比特率或位速率，標(biāo)準(zhǔn)原文也是bit rates。1個波特表示一個符號，一個符號可以是多個bit組成，而1個比特就是一個bit，但口語大家都說波特率，也沒有歧義，就這么用吧。

波特率達(dá)到1Mbit/s時，最大傳輸距離為40m。

CAN的基本特點(diǎn)

CAN有如下特點(diǎn)：

— 基于優(yōu)先權(quán)的多主總線訪問；

多主方式是指網(wǎng)絡(luò)上的每一節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送信息，每一節(jié)點(diǎn)也都可以對某一信息的標(biāo)識符進(jìn)行檢測。優(yōu)先權(quán)是根據(jù)標(biāo)識符的值判定，ID值越小，優(yōu)先權(quán)越高。

— 基于內(nèi)容的無損仲裁；

仲裁機(jī)制可以保證不會丟失信息，也不會浪費(fèi)時間。

— 所有幀以廣播方式傳輸；

每一節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息，同一總線上的所有節(jié)點(diǎn)都可以選擇接收該信息。

— 通過接收濾波進(jìn)行多點(diǎn)傳輸；

接收器不判斷是哪個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，而是通過幀接收濾波的方法判斷該信息是否和接收器相關(guān)。發(fā)送也是一樣。

— 支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求；

某個節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀，請求另一個節(jié)點(diǎn)向自己回應(yīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，這個數(shù)據(jù)幀標(biāo)識符和遠(yuǎn)程幀標(biāo)識符相同。

— 配置靈活；

只要標(biāo)識符數(shù)量夠，可以不做軟件或硬件的變更而增加節(jié)點(diǎn)。

— 全網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)具有一致性；

某一幀可以同時被所有節(jié)點(diǎn)接收，也可以同時不被所有節(jié)點(diǎn)接收。

— 錯誤檢測和錯誤通報(bào)；

總線數(shù)據(jù)校驗(yàn)，有多種方式。

— 自動重傳仲裁失敗、未被確認(rèn)或在傳輸過程中被故障損壞的幀；

仲裁失敗會在下次總線空閑期間自動重發(fā)。錯誤幀在恢復(fù)時間之后，如果未再出錯，會被適時重發(fā)。

— 區(qū)分節(jié)點(diǎn)的臨時故障和永久故障，以及自動關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)。

故障節(jié)點(diǎn)會被斷開，會無法發(fā)送和無法接收任何幀。

CAN的消息幀

CAN在發(fā)送的時候，由LLC消息幀轉(zhuǎn)換為MAC消息幀；CAN在接收的時候，由MAC消息幀轉(zhuǎn)換為LLC消息幀。

LLC消息幀包括：標(biāo)識符、格式化場、數(shù)據(jù)長度場、LLC數(shù)據(jù)場。

MAC消息幀包括：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、循環(huán)冗余碼校驗(yàn)場（CRC場）、應(yīng)答場、幀結(jié)束。

一般好像只討論發(fā)出的MAC消息幀。消息幀分4種：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、超載幀。數(shù)據(jù)幀最常見，也最復(fù)雜，以此為例說明幀結(jié)構(gòu)。

幀起始（SOF） ：數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的開始，只由一個顯性位組成，并且只在總線空閑時發(fā)送。

仲裁場 ：標(biāo)準(zhǔn)幀中由11位標(biāo)識符（標(biāo)識符編碼從ID-28到ID-18)和RTR位組成；擴(kuò)展幀中由29位標(biāo)識符（標(biāo)識符編碼從ID-28到ID-18、ID-17到ID-0)、SRR位、IDE位和RTR位組成組成。

RTR位叫遠(yuǎn)程傳輸請求位，數(shù)據(jù)幀中RTR是顯性電平，遠(yuǎn)程幀中RTR是隱性電平。

SRR位叫替代傳輸請求位，在擴(kuò)展幀中始終是隱性電平。

IDE位叫標(biāo)識符擴(kuò)展位。標(biāo)準(zhǔn)幀也有IDE位，只不過是在控制場。IDE位在標(biāo)準(zhǔn)幀中是顯性電平，在擴(kuò)展幀中是隱性電平。

控制場 ：總共6位。標(biāo)準(zhǔn)幀中，由IDE（顯性）、r0（顯性）和DLC組成；擴(kuò)展幀中，由r1（顯性）、r0（顯性）和DLC組成。

DLC叫數(shù)據(jù)長度碼，4位。DLC的值就是這一幀里數(shù)據(jù)場的長度。

數(shù)據(jù)場 ：0~8個字節(jié)，存儲著發(fā)送的數(shù)據(jù)，即這一幀想要傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

CRC場 ：循環(huán)冗余碼校驗(yàn)場，由CRC序列和CRC界定符組成。

CRC序列是發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)一個約定好的多項(xiàng)式算出來的校驗(yàn)碼，這個多項(xiàng)式的系數(shù)根據(jù)這幀報(bào)文里的幀起始、仲裁場等數(shù)據(jù)確定。接收節(jié)點(diǎn)用同樣的方式計(jì)算。如果兩方算出來的校驗(yàn)碼一致，則報(bào)文正常；不一致，則請求重新發(fā)送。

CRC_15用于經(jīng)典CAN，CRC_17用于數(shù)據(jù)場不超過16個字節(jié)的CANFD，CRC_21用于數(shù)據(jù)場超過16個字節(jié)的CANFD。

CRC界定符算是一個分界線，經(jīng)典CAN中為1個隱性位，CANFD中為1~2個隱性位。

應(yīng)答場（ACK場） ：總共2位，由ACK槽和ACK界定符組成，兩個都是隱性位。

幀結(jié)束 ：由7個隱性位組成。

其他3種消息幀與數(shù)據(jù)幀類似，只是結(jié)構(gòu)不太一樣。

遠(yuǎn)程幀由6個域組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。

錯誤幀由錯誤標(biāo)志和錯誤界定符組成。

超載幀由超載標(biāo)志和超載界定符組成。