CAN总线协议：数据帧

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CAN总线协议：数据帧

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https://blog.csdn.net/wojiaxiaohuang2014/article/details/136877953

CAN总线（Controller Area Network）是一种用于汽车和工业控制领域的串行通信协议。它具有高可靠性和实时性，广泛应用于需要多个设备之间进行数据交换的场景。本文将详细介绍CAN总线协议中的数据帧结构，帮助读者深入理解CAN总线的数据传输机制。

一. 简介

CAN总线的数据传输需要遵循特定的协议规范。CAN协议定义了五种帧格式来实现数据传输，包括数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧和帧间隔。其中，数据帧是最常用的一种帧格式，用于传输实际数据。

2. CAN总线协议

CAN总线的数据帧格式
通过CAN总线传输数据是需要按照一定协议进行的。
CAN协议提供了5种帧格式来传输数据：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧和帧间隔。
我们常用的一种数据帧格式是数据帧。
其中数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种，标准格式有11位标识符(ID)，扩展格式有29个标识符(ID)。
这5中帧的用途见下表所示：

接下来分别来介绍这五种数据帧格式。

1. 数据帧

数据帧由7段组成：
① 帧起始，表示数据帧开始的段。
② 仲裁段，表示该帧优先级的段。
③ 控制段，表示数据的字节数及保留位的段。
④ 数据段，数据的内容，一帧可发送0~8个字节的数据。
⑤ CRC段，检查帧的传输错误的段。
⑥ ACK段，表示确认正常接收的段。
⑦ 帧结束，表示数据帧结束的段。
数据帧结构如下图所示：
上图中给出了数据帧标准格式和扩展格式两种帧结构，图中D表示显性电平0，R表示隐性电平1，D/R表示显性或隐性，也就是0或1，我们来简单分析一下数据帧的这7个段。

① 帧起始

帧起始很简单，标准格式和扩展格式都是由一个位的显性电平0来表示帧起始。

② 仲裁段

仲裁段表示帧优先级，仲裁段结构如下图所示：
标准格式和扩展格式的仲裁段不同，从上图可以看出，标准格式的ID为11位，发送顺序是从ID10到ID0，最高7位ID10~ID4不能全为隐性(1)，也就是禁止 0X1111111XXXXX这样的ID。扩展格式的ID为29位，基本ID从ID28到ID18，扩展ID由ID17到ID0，基本ID与标准格式一样，禁止最高7位都为隐性。

③ 控制段

控制段由6个位构成，表示数据段的字节数，标准格式和扩展格式的控制段略有不同，如下图所示：
上图中r1和r0为保留位，保留位必须以显性电平发送。DLC为数据长度，高位在前，DLC段有效值范围为0~8。

④ 数据段

数据段也就是帧的有效数据，标准格式和扩展格式相同，可以包含08个字节的数据，从最高位(MSB)开始发送，结构如下图所示：

注意，上图中数据段的064为bit，对应到字节就是0~8字节。

⑤CRC段

CRC段保存CRC校准值，用于检查帧传输错误，标准格式和扩展格式相同，CRC段结构如下图所示：
可以看出，CRC段由15位的CRC值与1位的CRC界定符组成。CRC值的计算范围包括：帧起始、仲裁段、控制段、数据段，接收方以同样的算法进行计算，然后用计算得到的CRC值与此CRC段进行比较，如果不一致的话就会报错。

⑥ ACK段

ACK段用来确认接收是否正常，标准格式和扩展格式相同，ACK段结构如图66.1.3.6所
示：
可以看出，ACK段由ACK槽(ACK Slot)和ACK界定符两部分组成。
发送单元的ACK，发送2个隐性位，而接收到正确消息的单元在ACK槽（ACK Slot）发送显性位，通知发送单元正常接收结束，这个过程叫发送ACK/返回ACK。
发送ACK的是所有接收单元中接收到正常消息的单元，所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、CRC错误的消息，这些接收单元既不处于总线关闭态，也不处于休眠态的所有接收单元中。