CAN通信中CRC校验的应用与实现

CAN通信中CRC校验的应用与实现

在现代汽车电子和工业控制系统中，CAN（Controller Area Network）通信协议因其高可靠性和实时性而被广泛应用。而CRC（循环冗余校验）作为数据传输中重要的错误检测机制，在CAN通信中扮演着至关重要的角色。本文将深入探讨CRC校验在CAN通信中的应用原理和实现方法。

CRC校验是一种用于检测数据传输或存储过程中可能发生的错误的校验方法。其基本原理是通过生成多项式对数据进行计算，生成一个固定长度的校验码。发送方将原始数据和该校验码一起发送给接收方，接收方在接收到数据后，也会对接收到的数据进行CRC计算，并与接收到的校验码进行比较。如果两者相同，则说明数据在传输或存储过程中没有发生错误；如果不同，则说明数据可能存在错误或被篡改。

CRC校验的核心是生成多项式。对于CRC标准除数，一般使用多项式（或二项式）公式表示。例如，对于除数11011（poly值为0x1b）的二项式为G(X)=X4+X3+X+1，X的指数就代表了该bit位上的数据为1。这里特别注意一下位数问题，除数的位数为二项式最高次幂+1（4+1=5），这个很重要。

常见的国际标准CRC模型包括CRC-8、CRC-16-ANSI、CRC-16-CCITT、CRC-32等。例如，CRC-32的生成多项式是x^32 + x^26 + x^23 + x^22 + x^16 + x^12 + x^11 + x^10 + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x + 1（0x104C11DB7），生成32位的校验码。

CAN协议是一种串行通信协议，由电气商博世公司于1986年开发，主要用于减少线束数量，通过多个LAN进行大量数据的高速通信。CAN协议具有多主控制、消息发送、系统柔软性、通信速度、远程数据请求、错误检测、通知以及恢复功能等特点。

CAN协议的帧结构包括数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧和帧间隔。其中，数据帧由七段组成：帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段和帧结束。CRC段用于存储循环冗余校验码，是数据完整性校验的关键部分。

在CAN通信中，CRC校验主要用于检测数据帧在传输过程中是否发生错误。根据ISO 11898-1标准，与接收到的数据帧或远程帧关联的多项式R(x)应是生成多项式的倍数。如果不是，就会产生CRC错误，说明数据帧或远程帧已损坏。

CAN协议中的CRC段包含一个15位的循环冗余校验码和一个隐性位（CRC界定符）。CRC校验码的生成多项式为x^15 + x^14 + x^10 + x^8 + x^7 + x^4 + x^3 + 1。发送方在发送数据帧时，会根据这个生成多项式计算CRC校验码，并将其附加在数据帧的CRC段中。接收方在接收到数据帧后，会重新计算CRC校验码，并与接收到的CRC校验码进行比较。如果两者不匹配，说明数据帧在传输过程中发生了错误，接收方会通过错误帧通知发送方重新发送数据。

假设一个CAN数据帧包含以下信息：

• 仲裁段：ID=0x123
• 控制段：DLC=8
• 数据段：0x11 0x22 0x33 0x44 0x55 0x66 0x77 0x88

发送方需要计算CRC校验码并将其附加在数据帧中。具体步骤如下：

1. 将数据帧转换为二进制形式
2. 使用生成多项式x^15 + x^14 + x^10 + x^8 + x^7 + x^4 + x^3 + 1计算CRC校验码
3. 将计算得到的15位CRC校验码附加在数据帧的CRC段中
4. 发送完整的数据帧

接收方在接收到数据帧后，会执行相同的CRC计算过程。如果计算得到的CRC校验码与接收到的CRC校验码相同，说明数据帧在传输过程中没有发生错误。否则，接收方会通过错误帧通知发送方重新发送数据。

CRC校验在CAN通信中的应用，不仅提高了数据传输的可靠性，还简化了错误检测机制。通过在数据帧中添加CRC校验码，接收方可以快速判断数据的完整性，从而确保系统稳定运行。CRC校验的高效性和强大的错误检测能力，使其成为CAN通信中不可或缺的一部分。