CAN总线如何处理超过8字节的数据帧，有哪些相关协议？

CAN总线如何处理超过8字节的数据帧，有哪些相关协议？

对于CAN总线来说，当数据帧大于标准的8字节时，可以借助高层协议实现数据分段和传输。

CAN协议规定标准帧和扩展帧中数据段的长度为最大8字节。这一限制是由于CAN协议的设计初衷是用于实时性要求较高的系统，如汽车电子、工业控制等，数据帧短小有助于降低总线负载，提高传输效率。

针对这一限制，工业界开发了一些高层协议来支持长数据帧的分段传输和重组。以下是几种常用方法和协议：

ISO-TP（ISO 15765-2）

ISO-TP（ISO Transport Protocol）是一种广泛应用于CAN的传输协议，用于解决数据大于8字节的分段传输问题，尤其在汽车诊断通信中常见（如UDS协议）。

关键点：数据被分成多个帧传输，包括单帧、首帧、连续帧和流控帧：

• Single Frame (SF)： 数据长度≤7字节，直接通过单帧发送。
• First Frame (FF)： 数据长度>7字节时，第一个帧中包含数据长度和首段数据。
• Consecutive Frame (CF)： 后续帧承载剩余数据。
• Flow Control Frame (FC)： 接收端控制数据发送节奏，防止溢出。

使用场景：UDS（统一诊断服务）协议建立在ISO-TP之上。

优点：可靠性高，支持完整的流控机制。

缺点：实现复杂，开销大。

CANopen SDO（Service Data Object）

CANopen是一种面向工业自动化的高层协议，其SDO协议部分支持大于8字节的数据传输。

关键点：数据通过多个帧分段传输，每帧包含索引和子索引信息。块传输（Block Transfer）：更高效的方式，允许批量传输多个数据帧。

使用场景：适合设备配置、参数设置等需要传输大数据的场景。

优点：支持复杂的设备间通信。

缺点：效率相对较低。

J1939 协议

SAE J1939 是一套基于CAN的协议，广泛用于重型车辆和农业机械。它通过TP（Transport Protocol）扩展支持长数据帧传输。

关键点：使用BAM（Broadcast Announce Message）和RTS/CTS（Request to Send / Clear to Send）两种机制进行大数据分段。

优点：在车辆系统中应用广泛，成熟度高。

缺点：不适用于高实时性需求场景。

那么如何选择适合的协议？主要有几点区分：

• 实时性要求高： ISO-TP由于有流控机制，效率稍低，适合诊断或非实时场景。如果需要高实时性，可以设计自定义的轻量级协议。
• 工业自动化： CANopen的SDO或PDO机制适用于工业控制和参数配置场景。
• 车辆与机械： J1939是车辆行业的标准协议，特别适合重型车辆和大数据的广播通信。