CAN總線數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀格式_CAN總線接口信號及應(yīng)用框圖

CAN總線概述

CAN（Controller Area Network）總線是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，由BOSCH公司提出一種大量應(yīng)用于車載控制系統(tǒng)，工業(yè)局域網(wǎng)的現(xiàn)場總線。

CAN總線應(yīng)用框圖

圖1 CAN應(yīng)用框圖

一個(gè)CAN總線可以掛載多個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，CAN節(jié)點(diǎn)通過CAN收發(fā)器接入CAN總線。任意CAN節(jié)點(diǎn)均可通過仲裁獲取總線控制權(quán)（多主機(jī)系統(tǒng)）。CAN節(jié)點(diǎn)通過對比總線上報(bào)文的ID信息，若ID匹配則選擇接收幀。CAN總線為異步總線，總線內(nèi)進(jìn)行通信前需要統(tǒng)一總線中所有節(jié)點(diǎn)的傳輸速率。

CAN總線接口信號

表1 CAN接口信號

CAN收發(fā)器與CAN節(jié)點(diǎn)直接通過CMOS電平通信。CAN收發(fā)器負(fù)責(zé)監(jiān)聽CAN總線上的電平通過RXD發(fā)送給CAN節(jié)點(diǎn)。同時(shí)CAN節(jié)點(diǎn)通過TXD控制CAN收發(fā)器向總線發(fā)送信息。TXD為0時(shí)，CAN收發(fā)器發(fā)送顯性電平（CANH-CANL》0.9v，CANH比CANL電平高）；TXD為1時(shí)，發(fā)送隱形電平（CANH-CANL《0.5v，CANH和CANL電平相同）。

CAN總線數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀格式

圖2 CAN數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀標(biāo)準(zhǔn)幀格式

CAN總共有4種消息類型：數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，錯(cuò)誤幀，過載幀。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀格式類似如圖2所示，數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀由多個(gè)域組成：

幀間隔：當(dāng)總線空閑時(shí)，總線為隱形電平（1）。

幀起始：CAN節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送1bit顯性電平（0），標(biāo)志幀起始位

仲裁域：仲裁域包含兩部分，11bit的ID指示幀發(fā)送節(jié)點(diǎn)身份標(biāo)識，1bit RTR（Remote Transmission Request）指示該幀為數(shù)據(jù)幀（顯性電平）還是遠(yuǎn)程幀（隱性電平）。該域之所以稱之為仲裁域，是因?yàn)槠涑顺休d上述信息外，還被應(yīng)用于CAN總線獨(dú)特的非破壞性仲裁機(jī)制。其仲裁原理為，當(dāng)多個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)向總線同時(shí)發(fā)送CAN數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀時(shí)，當(dāng)發(fā)送至仲裁域時(shí)，對于ID數(shù)值大的節(jié)點(diǎn)就會檢測到總線上的電平與其發(fā)送的電平不匹配于是其終止發(fā)送，直到剩下ID數(shù)值最小的幀，繼續(xù)發(fā)送。 CAN總線為線與邏輯，有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送0則總線為0，所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送1才為1，因此ID在逐位發(fā)送時(shí)（高位先傳）必然是數(shù)字小的ID可以始終保持和總線電平一致，最終能獲取總線控制權(quán)。仲裁失敗的節(jié)點(diǎn)在總線空閑時(shí)，自動重發(fā)幀。

控制域：控制域總共6bit，高2bit為保留位（顯性電平），低4bit DLC（Data Length Code）指示數(shù)據(jù)域長度，可以是0~8字節(jié)。對于遠(yuǎn)程幀DLC域無意義。

數(shù)據(jù)域：0~8字節(jié)數(shù)據(jù)Payload，數(shù)據(jù)長度由DLC決定。遠(yuǎn)程幀該域長度為0。

CRC域：包含15bit CRC，1bit CRC定界符（隱性電平）。CRC保護(hù)范圍從幀起始符開始至數(shù)據(jù)域結(jié)束。

ACK域：2bit長度，包含ACK Slot和ACK定界符。對于發(fā)送方，該兩bit均為隱性電平，接收方如果正確接收則將ACK Slot位置為顯性電平。

幀結(jié)束：ACK域結(jié)束后發(fā)送7bit隱性電平，標(biāo)識本次幀發(fā)送完畢。

數(shù)據(jù)幀用于發(fā)送節(jié)點(diǎn)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀為接收節(jié)點(diǎn)主動向總線上發(fā)起發(fā)送數(shù)據(jù)請求。

圖3 CAN數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀擴(kuò)展幀格式

數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀格式有標(biāo)準(zhǔn)幀格式和擴(kuò)展幀格式的區(qū)別，擴(kuò)展幀格式如圖3所示。擴(kuò)展幀和標(biāo)準(zhǔn)幀的差異在仲裁域的不同，擴(kuò)展幀通過拓寬仲裁域達(dá)到拓寬ID位寬（11bità19bit）。為了擴(kuò)展幀和標(biāo)準(zhǔn)幀兼容，增加了SRR（隱性電平）和IDE（隱性電平）域，這樣對于CAN節(jié)點(diǎn)來說區(qū)分?jǐn)U展幀和標(biāo)準(zhǔn)幀僅需要檢查從幀起始開始第12bit（SRR/RTR），第13bit（IDE/R1）的電平即可。{bit12，bit13}=2’bx0則為標(biāo)準(zhǔn)幀，{bit12，bit13}=2’b11則為擴(kuò)展幀。

數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀在發(fā)送至總線時(shí)會進(jìn)行位填充編碼。當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測到發(fā)送數(shù)據(jù)中包含5個(gè)連續(xù)隱性或者顯性電平時(shí)會增加一位反型數(shù)據(jù)。CAN節(jié)點(diǎn)只會對數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀從幀起始到CRC域（不包含CRC定界符）數(shù)據(jù)進(jìn)行位填充編碼。

CAN總線其他幀格式

圖4 CAN錯(cuò)誤幀格式

錯(cuò)誤幀，用于某節(jié)點(diǎn)檢測到錯(cuò)誤后，告知總線上其他節(jié)點(diǎn)。如圖4所示，錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)識域、錯(cuò)誤定界符由兩部分組成，。

錯(cuò)誤標(biāo)識域：分主動錯(cuò)誤標(biāo)識和被動錯(cuò)誤標(biāo)識兩種類型。對于獲得總線控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)（主動節(jié)點(diǎn)）檢測到錯(cuò)誤時(shí)，發(fā)起連續(xù)6個(gè)顯性電平稱為主動錯(cuò)誤標(biāo)識。總線上的被動節(jié)點(diǎn)識別到錯(cuò)誤后，啟動發(fā)送6個(gè)隱性電平稱為被動錯(cuò)誤標(biāo)識。如果此時(shí)主動節(jié)點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤被動錯(cuò)誤幀被忽略。錯(cuò)誤標(biāo)識會在不同節(jié)點(diǎn)中重疊，因此在總線上看到的錯(cuò)誤標(biāo)識符長度可能為6~12位。

錯(cuò)誤定界符：節(jié)點(diǎn)在總線上檢測到第1個(gè)隱性電平后，再發(fā)送7位的隱性電平，則錯(cuò)誤幀發(fā)送完畢。

過載幀，某個(gè)接收節(jié)點(diǎn)沒有做好接收下一幀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備時(shí)，將發(fā)送過載幀以通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)。過載幀和錯(cuò)誤幀格式相同，過載標(biāo)識域?qū)?yīng)錯(cuò)誤標(biāo)識域，過載定界符對應(yīng)錯(cuò)誤定界符。區(qū)別在于錯(cuò)誤幀在只會在幀發(fā)送過程中出現(xiàn)，過載幀只會在幀間隔中出現(xiàn)。
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