【车载开发系列】CAN通信总线再理解（中篇）
【车载开发系列】CAN通信总线再理解（中篇）
- 九. CAN总线标准
- 十. CAN物理层
- 十一. CAN数据链路层
- 1）CAN的通信帧类型
- 2）CAN的标准帧格式
- 1. CAN ID
- 2. 数据场
- 3）CAN总线仲裁
- 十二. CAN应用层
- 1）CANopen
- 2）J1939
- 3）DeviceNet
九. CAN总线标准
- CAN总线标准有两个，即ISO11898和ISO11519，两者差分电平特性不同。
- ISO11898高低电平幅度低(高电压3.5V，低电压1.5V)，对应的传输速度快，所以适用于高速CAN；
- ISO11519高低电平幅度大(高电压4.0V，低电压1.0V)，对应的传输速度慢些，所以适用于低速CAN；
十. CAN物理层
- 多个节点连接，只要有一个为低电平，总线就为低电平，只有所有节点输出高电平时，才为高电平。所谓"线与"。
- CAN总线有5个连续相同位后，就插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。从而消除累积误差。
- CAN的传输速度与距离成反比。
- CAN总线上的终端电阻是120Ω，因为电缆的特性阻抗为120Ω，为了模拟无限远的传输线
十一. CAN数据链路层
1）CAN的通信帧类型
- CAN总线传输的是CAN帧，CAN的通信帧分成五种，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。
| 帧类型 | 英文 | 帧作用 |
|---|---|---|
| 数据帧 | Data Frame | 用于发送单元向接收单元传送数据的帧，使用最多的帧类型 |
| 遥控帧 | Remote Frame | 用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧 |
| 错误帧 | Error Frame | 用于当检测出错时向其他单元通知用的错误的帧 |
| 过载帧 | Overload Frame | 用于接收单元告诉发送单元，通知其尚未做好接收准备的帧 |
| 间隔帧 | Inter Frame Space | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧 |
2）CAN的标准帧格式
| 位名 | 位名 | 位数 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SOF | 起始位 | 1位 | 是一个显性电平逻辑0 |
| Identifier(ID) | 仲裁段(识别码) | 11/29位 | 用来确定数据信息发送给那个设备，每一个设备都有一个属于自己的识别码，11 位标识符的帧称为标准格式，而具有29位标识符的帧为扩展格式 |
| RTR | 仲裁段(RTR位) | 1位 | 用来区分数据帧(0)或者远程请求帧(1) |
| SRR※ | 仲裁段(SRR位) | 1位 | 只用在扩展格式，替代RTR；不是扩展模式不需要这个 |
| IDE | 控制段(IDE位) | 1位 | 用来区分标准帧(0)还是拓展帧(1) |
| R0 | 控制段(空闲位) | 1位 | 保留位 |
| DLC | 控制段(DLC) | 4位 | 用来控制数据长度 |
| Data Field | 数据段 | 8-64位 | 数据的内容。DLC为1时数据码8位(标准CAN)，为8时数据码64位(CAN FD) |
| CRC15 | CRC码 | 15位 | 15位CRC位+1位CRC界定符，循环冗余校验码，检测到错误时会自动重传 |
| DEL | CRC界定位 | 1位 | 1位CRC界定符，为了把后面信息隔开 |
| ACK | 应答位(ACK码) | 1位 | 接收站使用应答位来表示是否已正确接收报文 |
| DEL | 应答位(ACK界定位) | 1位 | 一个隐性的位，为了把后面信息隔开 |
| EOF | 结束位 | 7位 | 表示数据帧传输结束，7个隐形信号 |
1. CAN ID
CAN帧中包含ID，在数据链路层只起到优先级判断的作用。ID的数值越小，CAN帧的优先级越高，会获得总线控制权。多节点同时开始发送数据时，按照电路设计，ID按每一bit传输时，ID小的数据会覆盖ID大的值，即0&1=0，此时只要判断到自己发出的bit1实际是收到bit0，就停止发送后续的bit，稍后重试。
CAN ID值的业务意义由应用层决定。一种典型用法是，部分bit代表消息类型，部分bit代表发送者设备，即ID和设备绑定。只要ID的前几bit代表设备号，后几bit代表业务值，就能兼顾优先级判断的规范。
2. 数据场
数据场是放高层业务数据的地方。
数据链路层协议只规定了一帧的格式，数据跨越多帧的情况由应用层协议实现拆包和重组。
经典CAN，数据场最多8bytes；CAN FD最多64bytes；CAN XL最多2048bytes，即一帧可以有更多业务数据。当一帧的业务数据量>8且
003C64时，用CAN FD就不需要在业务层把数据拆成多帧和重组了，这也提升了性能。
3）CAN总线仲裁
- CAN总线仲裁是通过优先级决定的。
- CAN总线处于空闲状态时，最先发送消息的单元获得发送权。
- 多个单元同时开始发送时，从仲裁段(报文ID)的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继续发送，即首先出现隐形电平的单元失去对总线的占有权变为接收。
- 仲裁段(识别码Identifier)值越小，说明显性电平（逻辑0）越多，那么优先级越高。
- 仲裁失败的单元，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送。
- 该仲裁机制是利用“如果总线上同时出现显性电平和隐形电平，总线的状态会被置为显性电平”这个特性进行仲裁。
十二. CAN应用层
狭义的CAN，指的是物理层和数据链路层。简单地以“CAN”作为关键字去搜索，都是这两层的知识，而广义的CAN，包括应用层协议，主流有以下3种。
1）CANopen
基于CAN2.0A定义的标准帧，由CiA提出和维护。最初是为工业自动化设计的，但很快应用在了其它领域
2）J1939
基于CAN2.0B定义的扩展帧，由SAE提出。多用于重型机械，如大巴、挖掘机、拖拉机、坦克、消防车等。
3）DeviceNet
基于CAN2.0A定义的标准帧，由美国的Allen-Bradley公司所开发。主要应用包括资讯交换、安全设备及大型控制系统，在美国的市场占有率较高。比起CANopen，对物理层的要求更严格，从而使得不同厂商的设备更通用。