CAN通讯协议

CAN通讯是一种多主总线异步通信协议，采用差分信号传输，具有高可靠性、实时性强、抗干扰能力好等特点。它广泛应用于汽车电子、工业控制等领域，用于设备间数据快速准确传输，保障系统稳定运行。
一、CAN物理层

1、电气特性

总线结构物理特征（左：闭环；右：开环）：

​
CAN总线由两根信号线组成，使用的是差分信号，是一种异步通讯CAN总线网络的结构有闭环和开环两种，其对应标准分别在ISO11898（高速CAN标准）和ISO11519-2（低速CAN）中描述（对OSI七层模型中的数据链路层和物理层进行了标准化），两种标准对比如下图所示：

2、CAN的电平形式

CAN是差分通讯，总线电平分为显性电平(Dominant Level)和隐形电平(Recessive Level)两种，总线必须处于两种电平之一，总线上执行逻辑上的线与时，显性电平为0，隐形电平为1

二、CAN总线帧格式

  帧类型 用途     数据帧 发送设备主动发送数据（广播式）   遥控帧 接收设备主动请求数据（请求式）   错误帧 某个设备检测出错误时向其他设备通知错误   过载帧 接收设备通知其尚未做好接收准备   间隔帧 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开  1、数据帧

帧起始（标准/扩展格式相同）

• SOF（Start of Frame）：帧起始，一个显性位，表示帧开始的段；
  

仲裁段（标准/扩展格式不同）

• ID（Identify）：
  
  
  
  • 仲裁段，区分功能，同时决定优先级；
    
  • 标准CAN有11位ID（ID28-ID18），扩展格式ID包含基本ID（ID28-ID18）和扩展ID（ID17-ID0）；
    
  • 禁止高7为ID全为1（隐形）；
    
    
  
• （标准ID）RTR（Remote Transmission Request ）：远程请求位，区分数据帧和遥控帧；
  
• （扩展ID）IDE（Identifier Extension）：扩展标志位，区分标准格式和扩展格式；
  
• （扩展ID）SRR（Substitute Remote Request）：替代RTR，协议升级时留下的无意义位；
  

控制段（标准/扩展格式不同）

• r0/r1（Reserve）：保留位，为后续协议升级留下空间；
  
• DLC（Data Length Code）：数据长度，指示数据段有几个字节；
  
• （标准ID）IDE（Identifier Extension）：扩展标志位，区分标准格式和扩展格式；
  

数据段（标准/扩展格式相同）

• Data：数据段，0~8个字节；
  

CRC段（标准/扩展格式相同）

• CRC（Cyclic Redundancy Check）：15位循环冗余校验，校验数据是否正确；
  
• CRC界定符：1隐性位
  

ACK段（标准/扩展格式相同）

• ACK（ACK Slot）：应答槽位，发送方发送1（隐形），接收方回应0（显性），判断数据有没有被接收方接收；
  
• ACK界定符：1隐性位
  

帧结束（标准/扩展格式相同）

• EOF（End of Frame ）：帧结束，7位隐形位，表示数据位已经传输完毕；
  

2、遥控帧

遥控帧无数据段，RTR为隐性电平1，其他部分与数据帧相同

3、错误帧

总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现“位错误”或“填充错误”或“CRC错误”或“格式错误”或“应答错误” ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备。

4、过载帧

当接收方收到大量数据而无法处理时，其可以发出过载帧，延缓发送方的数据发送，以平衡总线负载，避免数据丢失。

5、帧间隔

将数据帧和遥控帧与前面的帧分离开

四、位时序

由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为4段，它们都由Time Quantum(Tq)的最小时间的那位组成。

• 同步段（SS）
  
• 传播时间段（PTS）
  
• 相位缓冲段1（PBS1）
  
• 相位缓冲段2（PBS2）
  

1 位分为 4 个段，每个段又由若干个 Tq 构成，这称为位时序。
其中采样点位于PBS1结束后

段及其作用如下图所示：

五、波特率的计算


\[baud\ rate=\frac{1}{T_{ss}+T_{PTS}+T_{PBS1}+T_{PBS2}} \]
其中每一个段的时间由Tq组成，Tq = 1/CAN时钟频率；
六、位填充

位填充是为防止突发错误而设定的功能。当同样的电平持续5位时则添加一个位的反型数据。如下图所示：

1、发送单元的工作

在发送数据帧和遥控帧时，SOF～CRC段间的数据，相同电平如果持续5位，在下一个位（第6个位）则
要插入1位与前5位反型的电平。
2、接收单元的工作

在接收数据帧和遥控帧时，SOF～CRC段间的数据，相同电平如果持续5位，需要删除下一个位（第6个
位）再接收。如果这个第6个位的电平与前5位相同，将被视为错误并发送错误帧。
七、附录

1、数据长度码和字节关系

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