一. CAN協(xié)議概念

1.1 CAN 協(xié)議簡(jiǎn)介

CAN 是控制器局域網(wǎng)絡(luò) (Controller Area Network) 的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱(chēng)的德國(guó) BOSCH 公司開(kāi)發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11519以及ISO11898)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。差異點(diǎn)如下：

CAN 總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN 為底層協(xié)議專(zhuān)為大型貨車(chē)和重工機(jī)械車(chē)輛設(shè)計(jì)的 J1939 協(xié)議。

近年來(lái)，它具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)及振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

我們來(lái)貼圖一個(gè)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想圖

1.2 CAN 物理層

與 I2C、SPI 等具有時(shí)鐘信號(hào)的同步通訊方式不同，CAN 通訊并不是以時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行同步的，它是一種異步通訊，只具有 CAN_High 和 CAN_Low 兩條信號(hào)線，共同構(gòu)成一組差分信號(hào)線，以差分信號(hào)的形式進(jìn)行通訊。 我們來(lái)看一個(gè)示意圖

1.2.1 閉環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

CAN 物理層的形式主要有兩種，圖中的 CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)是一種遵循 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)的高速、短距離“閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，它的總線最大長(zhǎng)度為 40m，通信速度最高為 1Mbps，總線的兩端各要求有一個(gè)“120 歐”的電阻。

1.2.2 開(kāi)環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

圖中的是遵循 ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離“開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，它的最大傳輸距離為 1km，最高通訊速率為 125kbps，兩根總線是獨(dú)立的、不形成閉環(huán)，要求每根總線上各串聯(lián)有一個(gè)“2.2千歐”的電阻。

1.2.3 通訊節(jié)點(diǎn)

從 CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)圖可了解到，CAN 總線上可以掛載多個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)經(jīng)過(guò)總線傳輸，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間通訊。由于 CAN 通訊協(xié)議不對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，而是對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行編碼的，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)理論上不受限制，只要總線的負(fù)載足夠即可，可以通過(guò)中繼器增強(qiáng)負(fù)載。 CAN 通訊節(jié)點(diǎn)由一個(gè) CAN 控制器及 CAN 收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過(guò) CAN_Tx 及CAN_Rx 信號(hào)線相連，收發(fā)器與 CAN 總線之間使用 CAN_High 及 CAN_Low 信號(hào)線相連。其中CAN_Tx 及 CAN_Rx 使用普通的類(lèi)似 TTL 邏輯信號(hào)，而 CAN_High 及 CAN_Low 是一對(duì)差分信號(hào)線，使用比較特別的差分信號(hào)，下一小節(jié)再詳細(xì)說(shuō)明。

當(dāng) CAN 節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，控制器把要發(fā)送的二進(jìn)制編碼通過(guò) CAN_Tx 線發(fā)送到收發(fā)器，然后由收發(fā)器把這個(gè)普通的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)化成差分信號(hào)，通過(guò)差分線 CAN_High 和 CAN_Low 線輸出到 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)。 而通過(guò)收發(fā)器接收總線上的數(shù)據(jù)到控制器時(shí)，則是相反的過(guò)程，收發(fā)器把總線上收到的 CAN_High 及 CAN_Low 信號(hào)轉(zhuǎn)化成普通的邏輯電平信號(hào)，通過(guò) CAN_Rx 輸出到控制器中。 例如，STM32 的 CAN 片上外設(shè)就是通訊節(jié)點(diǎn)中的控制器，為了構(gòu)成完整的節(jié)點(diǎn)，還要給它外接一個(gè)收發(fā)器，在我們實(shí)驗(yàn)板中使用型號(hào)為 TJA1050 的芯片作為 CAN 收發(fā)器。

CAN 控制器與 CAN收發(fā)器的關(guān)系如同 TTL 串口與 MAX3232 電平轉(zhuǎn)換芯片的關(guān)系， MAX3232 芯片把 TTL 電平的串口信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS-232 電平的串口信號(hào)，CAN 收發(fā)器的作用則是把 CAN 控制器的 TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào) (或者相反) 。 目前有以下CAN電平轉(zhuǎn)換芯片（不全）

我們來(lái)用TJA1050來(lái)看下原理圖：

1.2.4 差分信號(hào)

差分信號(hào)又稱(chēng)差模信號(hào)，與傳統(tǒng)使用單根信號(hào)線電壓表示邏輯的方式有區(qū)別，使用差分信號(hào)傳輸時(shí)，需要兩根信號(hào)線，這兩個(gè)信號(hào)線的振幅相等，相位相反，通過(guò)兩根信號(hào)線的電壓差值來(lái)表示 邏輯 0 和邏輯 1。見(jiàn)圖，它使用了 V+ 與 V-信號(hào)的差值表達(dá)出了圖下方的信號(hào)。

相對(duì)于單信號(hào)線傳輸?shù)姆绞?，使用差分信?hào)傳輸具有如下優(yōu)點(diǎn)：

? 抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎會(huì)同時(shí)耦合到兩條信號(hào)線上，而接收端只關(guān)心兩個(gè)信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。 舉一個(gè)例子，正常的單線假設(shè)邏輯1是3.3V，邏輯0假設(shè)是0V，但是如果有噪聲，把3.3V弄成了0V(極端)，把0V弄成了-3.3V，此時(shí)就邏輯錯(cuò)誤，但是有Can高/Can低一般都作用于兩根線，所以?xún)蓚€(gè)雖然都有噪聲影響，但是差值還是不變的。

? 能有效抑制它對(duì)外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。 舉一個(gè)例子，假設(shè)一根是10V，一根是-10V，單跟都會(huì)對(duì)外部造成電磁干擾，但是CAN可以把線擰在一起，跟編麻花一樣，可以互相抵消電子干擾 ? 時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開(kāi)關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。 由于差分信號(hào)線具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在 USB 協(xié)議、485 協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議及 CAN 協(xié)議的物理層中，都使用了差分信號(hào)傳輸。

1.2.5 CAN 協(xié)議中的差分信號(hào)

CAN 協(xié)議中對(duì)它使用的 CAN_High 及 CAN_Low 表示的差分信號(hào)做了規(guī)定，見(jiàn)表及圖。以高速 CAN 協(xié)議為例，當(dāng)表示邏輯 1 時(shí) (隱性電平) ，CAN_High 和 CAN_Low 線上的電壓均為 2.5v，即它們的電壓差 VH-VL=0V；而表示邏輯 0 時(shí) (顯性電平) ，CAN_High 的電平為 3.5V，CAN_Low 線的電平為 1.5V，即它們的電壓差為 VH-VL=2V。 例如，當(dāng) CAN收發(fā)器從 CAN_Tx 線接收到來(lái)自 CAN 控制器的低電平信號(hào)時(shí) (邏輯 0)，它會(huì)使 CAN_High 輸出3.5V，同時(shí) CAN_Low 輸出 1.5V，從而輸出顯性電平表示邏輯 0 。

?

在 CAN 總線中，必須使它處于隱性電平 (邏輯 1) 或顯性電平 (邏輯 0) 中的其中一個(gè)狀態(tài)。 假如有兩個(gè) CAN 通訊節(jié)點(diǎn)，在同一時(shí)間，一個(gè)輸出隱性電平，另一個(gè)輸出顯性電平，類(lèi)似 I2C 總線的“線與”特性將使它處于顯性電平狀態(tài)，顯性電平的名字就是這樣來(lái)的，即可以認(rèn)為顯性具有優(yōu)先的意味。 由于 CAN 總線協(xié)議的物理層只有 1 對(duì)差分線，在一個(gè)時(shí)刻只能表示一個(gè)信號(hào)，所以對(duì)通訊節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，CAN 通訊是半雙工的，收發(fā)數(shù)據(jù)需要分時(shí)進(jìn)行。在 CAN 的通訊網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣灿每偩€，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中同一時(shí)刻只能有一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，其余的節(jié)點(diǎn)在該時(shí)刻都只能接收。

1.3 CAN 協(xié)議層

1.3.1 CAN 的波特率及位同步

由于 CAN 屬于異步通訊，沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)線，連接在同一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)像串口異步通訊那樣，節(jié)點(diǎn)間使用約定好的波特率進(jìn)行通訊。 特別地， CAN 還會(huì)使用“位同步”的方式來(lái)抗干擾、吸收誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線電平信號(hào)進(jìn)行正確的采樣，確保通訊正常。

1.3.2 位時(shí)序分解

為了實(shí)現(xiàn)位同步，CAN 協(xié)議把每一個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)序分解成如圖 所示的 SS 段、PTS 段、PBS1 段、PBS2 段，這四段的長(zhǎng)度加起來(lái)即為一個(gè) CAN 數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度。分解后最小的時(shí)間單位是 Tq，而一個(gè)完整的位由 8~25 個(gè) Tq 組成。為方便表示，圖 中的高低電平直接代表信號(hào)邏輯 0 或邏輯 1(不是差分信號(hào))。

該圖中表示的 CAN 通訊信號(hào)每一個(gè)數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度為 19Tq，其中 SS 段占 1Tq， PTS 段占 6Tq， PBS1段占 5Tq， PBS2 段占 7Tq。信號(hào)的采樣點(diǎn)位于 PBS1 段與 PBS2 段之間，通過(guò)控制各段的長(zhǎng)度，可以對(duì)采樣點(diǎn)的位置進(jìn)行偏移，以便準(zhǔn)確地采樣。

各段的作用如介紹下：

? SS 段 (SYNC SEG) SS 譯為同步段，若通訊節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線上信號(hào)的跳變沿被包含在 SS 段的范圍之內(nèi)，則表示節(jié)點(diǎn)與總線的時(shí)序是同步的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)與總線同步時(shí)，采樣點(diǎn)采集到的總線電平即可被確定為該位的電平。SS 段的大小固定為 1Tq。 ? PTS 段 (PROP SEG) PTS 譯為傳播時(shí)間段，這個(gè)時(shí)間段是用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的物理延時(shí)時(shí)間。是總線上輸入比較器延時(shí)和輸出驅(qū)動(dòng)器延時(shí)總和的兩倍。PTS 段的大小可以為 1~8Tq。 ? PBS1 段 (PHASE SEG1)， PBS1 譯為相位緩沖段，主要用來(lái)補(bǔ)償邊沿階段的誤差，它的時(shí)間長(zhǎng)度在重新同步的時(shí)候可以加長(zhǎng)。PBS1 段的初始大小可以為 1~8Tq。 ? PBS2 段 (PHASE SEG2) PBS2 這是另一個(gè)相位緩沖段，也是用來(lái)補(bǔ)償邊沿階段誤差的，它的時(shí)間長(zhǎng)度在重新同步時(shí)可以縮短。PBS2 段的初始大小可以為 2~8Tq。

1.3.3 通訊的波特率

總線上的各個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)只要約定好 1 個(gè) Tq 的時(shí)間長(zhǎng)度以及每一個(gè)數(shù)據(jù)位占據(jù)多少個(gè) Tq，就可以確定 CAN 通訊的波特率。 例如，假設(shè)上圖中的 1Tq=1us，而每個(gè)數(shù)據(jù)位由 19 個(gè) Tq 組成，則傳輸一位數(shù)據(jù)需要時(shí)間 T1bit=19us，從而每秒可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位個(gè)數(shù)為：1x10次方/19 = 52631.6 (bps) 這個(gè)每秒可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)即為通訊中的波特率。

1.3.4 同步過(guò)程分析

波特率只是約定了每個(gè)數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)同步還涉及到相位的細(xì)節(jié)，這個(gè)時(shí)候就需要用到數(shù)據(jù)位內(nèi)的 SS、PTS、PBS1 及 PBS2 段了。根據(jù)對(duì)段的應(yīng)用方式差異， CAN 的數(shù)據(jù)同步分為硬同步和重新同步。其中硬同步只是當(dāng)存在“幀起始信號(hào)”時(shí)起作用，無(wú)法確保后續(xù)一連串的位時(shí)序都是同步的，而重新同步方式可解決該問(wèn)題，這兩種方式具體介紹如下： (1) 硬同步 若某個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)發(fā)送一個(gè)表示通訊起始的信號(hào) (即下一小節(jié)介紹的幀起始信號(hào))，該信號(hào)是一個(gè)由高變低的下降沿。而掛載到 CAN 總線上的通訊節(jié)點(diǎn)在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)時(shí)刻檢測(cè)總線上的信號(hào)。 見(jiàn)圖 ，可以看到當(dāng)總線出現(xiàn)幀起始信號(hào)時(shí)，某節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線的幀起始信號(hào)不在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部時(shí)序的 SS 段范圍，所以判斷它自己的內(nèi)部時(shí)序與總線不同步，因而這個(gè)狀態(tài)的采樣點(diǎn)采集得的數(shù)據(jù)是不正確的。所以節(jié)點(diǎn)以硬同步的方式調(diào)整，把自己的位時(shí)序中的 SS 段平移至總線出現(xiàn)下降沿的部分，獲得同步，同步后采樣點(diǎn)就可以采集得正確數(shù)據(jù)了。

(2) 重新同步

前面的硬同步只是當(dāng)存在幀起始信號(hào)時(shí)才起作用，如果在一幀很長(zhǎng)的數(shù)據(jù)內(nèi)，節(jié)點(diǎn)信號(hào)與總線信號(hào)相位有偏移時(shí)，這種同步方式就無(wú)能為力了。

因而需要引入重新同步方式，它利用普通數(shù)據(jù)位的高至低電平的跳變沿來(lái)同步 (幀起始信號(hào)是特殊的跳變沿)。重新同步與硬同步方式相似的地方是它們都使用 SS 段來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，同步的目的都是使節(jié)點(diǎn)內(nèi)的 SS 段把跳變沿包含起來(lái)。

重新同步的方式分為超前和滯后兩種情況，以總線跳變沿與 SS 段的相對(duì)位置進(jìn)行區(qū)分。

第一種相位超前的情況如圖 ，節(jié)點(diǎn)從總線的邊沿跳變中，檢測(cè)到它內(nèi)部的時(shí)序比總線的時(shí)序相對(duì)超前 2Tq，這時(shí)控制器在下一個(gè)位時(shí)序中的 PBS1 段增加 2Tq 的時(shí)間長(zhǎng)度，使得節(jié)點(diǎn)與總線時(shí)序重新同步。

第二種相位滯后的情況如圖 ，節(jié)點(diǎn)從總線的邊沿跳變中，檢測(cè)到它的時(shí)序比總線的時(shí)序相對(duì)滯后 2Tq，這時(shí)控制器在前一個(gè)位時(shí)序中的 PBS2 段減少 2Tq 的時(shí)間長(zhǎng)度，獲得同步。

在重新同步的時(shí)候，PBS1 和 PBS2 中增加或減少的這段時(shí)間長(zhǎng)度被定義為“重新同步補(bǔ)償寬度SJW* (reSynchronization Jump Width)”。一般來(lái)說(shuō) CAN 控制器會(huì)限定 SJW 的最大值，如限定了最大 SJW=3Tq 時(shí)，單次同步調(diào)整的時(shí)候不能增加或減少超過(guò) 3Tq 的時(shí)間長(zhǎng)度，若有需要，控制器會(huì)通過(guò)多次小幅度調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。當(dāng)控制器設(shè)置的 SJW 極限值較大時(shí)，可以吸收的誤差加大，但通訊的速度會(huì)下降

1.3.5 CAN 的報(bào)文種類(lèi)及結(jié)構(gòu)

在 SPI 通訊中，片選、時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)輸入及數(shù)據(jù)輸出這 4 個(gè)信號(hào)都有單獨(dú)的信號(hào)線，I2C 協(xié)議包含有時(shí)鐘信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào) 2 條信號(hào)線，異步串口包含接收與發(fā)送 2 條信號(hào)線，這些協(xié)議包含的信號(hào)都比 CAN 協(xié)議要豐富，它們能輕易進(jìn)行數(shù)據(jù)同步或區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方向。

而 CAN 使用的是兩條差分信號(hào)線，只能表達(dá)一個(gè)信號(hào)，簡(jiǎn)潔的物理層決定了 CAN 必然要配上一套更復(fù)雜的協(xié)議，如何用一個(gè)信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)同樣、甚至更強(qiáng)大的功能呢？CAN 協(xié)議給出的解決方案是對(duì)數(shù)據(jù)、操作命令 (如讀/寫(xiě)) 以及同步信號(hào)進(jìn)行打包，打包后的這些內(nèi)容稱(chēng)為報(bào)文。

1.3.5.1 報(bào)文的種類(lèi)

在原始數(shù)據(jù)段的前面加上傳輸起始標(biāo)簽、片選 (識(shí)別) 標(biāo)簽和控制標(biāo)簽，在數(shù)據(jù)的尾段加上 CRC校驗(yàn)標(biāo)簽、應(yīng)答標(biāo)簽和傳輸結(jié)束標(biāo)簽，把這些內(nèi)容按特定的格式打包好，就可以用一個(gè)通道表達(dá)各種信號(hào)了。

各種各樣的標(biāo)簽就如同 SPI 中各種通道上的信號(hào)，起到了協(xié)同傳輸?shù)淖饔?。?dāng)整個(gè)數(shù)據(jù)包被傳輸?shù)狡渌O(shè)備時(shí)，只要這些設(shè)備按格式去解讀，就能還原出原始數(shù)據(jù)，這樣的報(bào)文就被稱(chēng)為 CAN 的“數(shù)據(jù)幀”。

為了更有效地控制通訊，CAN 一共規(guī)定了 5 種類(lèi)型的幀，它們的類(lèi)型及用途說(shuō)明如表

1.3.5.2 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)幀是在 CAN 通訊中最主要、最復(fù)雜的報(bào)文，我們來(lái)了解它的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖

數(shù)據(jù)幀以一個(gè)顯性位 (邏輯 0) 開(kāi)始，以 7 個(gè)連續(xù)的隱性位 (邏輯 1) 結(jié)束，在它們之間，分別有仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、CRC 段和 ACK 段。

? 幀起始

SOF 段 (Start Of Frame)，譯為幀起始，幀起始信號(hào)只有一個(gè)數(shù)據(jù)位，是一個(gè)顯性電平，它用于通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)將有數(shù)據(jù)傳輸，其它節(jié)點(diǎn)通過(guò)幀起始信號(hào)的電平跳變沿來(lái)進(jìn)行硬同步。

? 仲裁段

當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)報(bào)文被發(fā)送時(shí)，總線會(huì)根據(jù)仲裁段的內(nèi)容決定哪個(gè)數(shù)據(jù)包能被傳輸，這也是它名稱(chēng)的由來(lái)。

仲裁段的內(nèi)容主要為本數(shù)據(jù)幀的 ID 信息 (標(biāo)識(shí)符)，數(shù)據(jù)幀具有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種，區(qū)別就在于 ID 信息的長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 為 11 位，擴(kuò)展格式的 ID 為 29 位，它在標(biāo)準(zhǔn) ID 的基礎(chǔ)上多出 18 位。在 CAN 協(xié)議中， ID 起著重要的作用，它決定著數(shù)據(jù)幀發(fā)送的優(yōu)先級(jí)，也決定著其它節(jié)點(diǎn)是否會(huì)接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。

CAN 協(xié)議不對(duì)掛載在它之上的節(jié)點(diǎn)分配優(yōu)先級(jí)和地址，對(duì)總線的占有權(quán)是由信息的重要性決定的，即對(duì)于重要的信息，我們會(huì)給它打包上一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的 ID，使它能夠及時(shí)地發(fā)送出去。也正因?yàn)樗@樣的優(yōu)先級(jí)分配原則，使得 CAN 的擴(kuò)展性大大加強(qiáng)，在總線上增加或減少節(jié)點(diǎn)并不影響其它設(shè)備。

報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，是通過(guò)對(duì) ID 的仲裁來(lái)確定的。根據(jù)前面對(duì)物理層的分析我們知道如果總線上同時(shí)出現(xiàn)顯性電平和隱性電平，總線的狀態(tài)會(huì)被置為顯性電平，CAN 正是利用這個(gè)特性進(jìn)行仲裁。

若兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng) CAN 總線的占有權(quán)，當(dāng)它們發(fā)送報(bào)文時(shí)，若首先出現(xiàn)隱性電平，則會(huì)失去對(duì)總線的占有權(quán)，進(jìn)入接收狀態(tài)。

見(jiàn)圖 ，在開(kāi)始階段，兩個(gè)設(shè)備發(fā)送的電平一樣，所以它們一直繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。到了圖中箭頭所指的時(shí)序處，節(jié)點(diǎn)單元 1 發(fā)送的為隱性電平，而此時(shí)節(jié)點(diǎn)單元 2 發(fā)送的為顯性電平，由于總線的“線與”特性使它表達(dá)出顯示電平，因此單元 2 競(jìng)爭(zhēng)總線成功，這個(gè)報(bào)文得以被繼續(xù)發(fā)送出去。

仲裁段 ID 的優(yōu)先級(jí)也影響著接收設(shè)備對(duì)報(bào)文的反應(yīng)。因?yàn)樵?CAN 總線上數(shù)據(jù)是以廣播的形式發(fā)送的，所有連接在 CAN 總線的節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到所有其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出的有效數(shù)據(jù)，因而我們的 CAN 控制器大多具有根據(jù) ID 過(guò)濾報(bào)文的功能，它可以控制自己只接收某些 ID 的報(bào)文。 回看數(shù)據(jù)幀格式，可看到仲裁段除了報(bào)文 ID 外，還有 RTR、IDE 和 SRR 位。

(1) RTR 位 (Remote Transmission Request Bit)，譯作遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求位，它是用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和遙控幀的，當(dāng)它為顯性電平時(shí)表示數(shù)據(jù)幀，隱性電平時(shí)表示遙控幀。

(2) IDE 位 (Identifier ExtensionBit)，譯作標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位，它是用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)格式與擴(kuò)展格式，當(dāng)它為顯性電平時(shí)表示標(biāo)準(zhǔn)格式，隱性電平時(shí)表示擴(kuò)展格式。

(3) SRR 位 (Substitute Remote Request Bit)，只存在于擴(kuò)展格式，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式中的 RTR位。由于擴(kuò)展幀中的 SRR 位為隱性位，RTR 在數(shù)據(jù)幀為顯性位，所以在兩個(gè) ID 相同的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文與擴(kuò)展格式報(bào)文中，標(biāo)準(zhǔn)格式的優(yōu)先級(jí)較高。

? 控制段

在控制段中的 r1 和 r0 為保留位，默認(rèn)設(shè)置為顯性位。它最主要的是 DLC 段 (Data Length Code)，譯為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼，它由 4 個(gè)數(shù)據(jù)位組成，用于表示本報(bào)文中的數(shù)據(jù)段含有多少個(gè)字節(jié)， DLC 段表示的數(shù)字為 0~8。

? 數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段為數(shù)據(jù)幀的核心內(nèi)容，它是節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的原始信息，由 0~8 個(gè)字節(jié)組成，MSB 先行。

? CRC 段

為了保證報(bào)文的正確傳輸，CAN 的報(bào)文包含了一段 15 位的 CRC 校驗(yàn)碼，一旦接收節(jié)點(diǎn)算出的CRC 碼跟接收到的 CRC 碼不同，則它會(huì)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)反饋出錯(cuò)信息，利用錯(cuò)誤幀請(qǐng)求它重新發(fā)送。 CRC 部分的計(jì)算一般由 CAN 控制器硬件完成，出錯(cuò)時(shí)的處理則由軟件控制最大重發(fā)數(shù)。在 CRC 校驗(yàn)碼之后，有一個(gè) CRC 界定符，它為隱性位，主要作用是把 CRC 校驗(yàn)碼與后面的 ACK段間隔起來(lái)。

? ACK 段

ACK 段包括一個(gè) ACK 槽位，和 ACK 界定符位。類(lèi)似 I2C 總線，在 ACK 槽位中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是隱性位，而接收節(jié)點(diǎn)則在這一位中發(fā)送顯性位以示應(yīng)答。在 ACK 槽和幀結(jié)束之間由 ACK 界定符間隔開(kāi)。

? 幀結(jié)束

EOF 段 (End Of Frame)，譯為幀結(jié)束，幀結(jié)束段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的 7 個(gè)隱性位表示結(jié)束。

1.3.5.3 其它報(bào)文的結(jié)構(gòu)

?

? ?

編輯：黃飛

?