背景介紹

CAN 是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network,CAN）的簡稱，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布式實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)

CAN 的發(fā)展歷史節(jié)點：

• 1983年，BOSCH開始著手開發(fā)CAN總線;
• 1986 年，在SAE會議上，CAN總線正式發(fā)布
• 1987 年，Intel和Philips 推出第一款CAN控制器芯片
• 1991年，奔馳 500E 是世界上第一款基于CAN總線系統(tǒng)的量產(chǎn)車型
• 1991年，Bosch發(fā)布CAN 2.0標(biāo)準(zhǔn)，分 CAN 2.0A （11位標(biāo)識符）和 CAN 2.0B （29位標(biāo)識符）；
• 1991年， ISO發(fā)布CAN總線標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），隨后該標(biāo)準(zhǔn)主要有三部分：
  • ISO 11898-1：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議
  • ISO 11898-2：高速CAN總線物理層協(xié)議，通信速度為 125kbps-1Mbps。
  • ISO 11898-3：（整合了ISO11519）低速CAN總線物理層協(xié)議，通信速度為 125kbps 以下。
• 2011 年，開始CAN FD協(xié)議的開發(fā)。
• 2015年，ISO11898-1進(jìn)行了修訂，將CAN FD加入其中。

CAN 總線協(xié)議介紹

CAN總線協(xié)議有CAN1.0、CAN2.0(CAN2.0A,CAN2.0B),其中CAN2.0對比1.0，主要是增加了CAN的擴展幀定義。現(xiàn)在我們所說的CAN通常都是指CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)的總線
CAN-FD協(xié)議在原有的CAN協(xié)議基礎(chǔ)上，增加了可變波特率、擴大數(shù)據(jù)場、提升校驗算法安全性等改進(jìn)。

本文主要講述CAN的數(shù)據(jù)通信

CAN 的物理通信形式

通過兩條通信線（雙絞線）產(chǎn)生的電壓差傳輸數(shù)據(jù)，一個CAN網(wǎng)絡(luò)里的所有節(jié)點都掛在這兩條通信線上，使用差分信號半雙工通信。

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CAN 使用稱為CANH/CANL 的通信線程執(zhí)行傳輸和接收。電位差較小的電信號稱為隱性（Recessive）信號，其邏輯值為1 。電位差較大的電信號稱為顯性（Dominant）信號，其邏輯值0.如果通信總線上發(fā)生顯性和隱性沖突，則顯性優(yōu)先?？偩€空閑時保持隱性。

CAN總線的物理層邏輯電平，分為高速ISO11898標(biāo)準(zhǔn)（125kbps ~ 1Mbps）和低速ISO11519標(biāo)準(zhǔn)（10kbps ~ 125kbps）；
低速的物理電平如圖

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而我們現(xiàn)在通常使用的CAN2.0，都是使用高速CAN標(biāo)準(zhǔn)，其物理層電平如圖：

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對于高速CAN,總結(jié)一下，也就是：

• CAN_H - CAN_L < 0.5V 時候為隱性的，邏輯信號表現(xiàn)為 “邏輯1”- 高電平
• CAN_H - CAN_L > 0.9V 時候為顯性的，邏輯信號表現(xiàn)為 “邏輯0”-低電平
  關(guān)于CAN 通信的電平傳輸，一個重要概念就是：
  CAN 總線在電平 傳輸上，具有判斷邏輯，優(yōu)先級為：顯性（低電平）> 隱性（高電平）
  在理解CAN總線傳輸過程中，要清楚這一規(guī)則在傳輸時的靈活運用，及便理解各種幀形式的優(yōu)先級

CAN的數(shù)據(jù)格式

CAN的數(shù)據(jù)定義了有5種幀類型

其中，遙控幀也常被稱為遠(yuǎn)程幀。CAN的應(yīng)用開發(fā)者只能使用“數(shù)據(jù)幀”和“遙控幀”，其他的3種幀類型是由CAN的底層固件自動幫我們在特定場景下進(jìn)行收發(fā)，開發(fā)者無需擔(dān)心也無法直接參與控制。

所以，本文把“數(shù)據(jù)幀”和“遙控幀”與其他的3種幀類型分別進(jìn)行介紹。

數(shù)據(jù)幀與遙控幀

關(guān)于數(shù)據(jù)幀，也就是我們最常用的幀類型，用于數(shù)據(jù)的收發(fā)；也是CAN通信里最主要的內(nèi)容。

而遙控幀，只是CAN網(wǎng)絡(luò)里的某一節(jié)點發(fā)送一個遙控幀請求其他的節(jié)點反饋數(shù)據(jù)給自己，關(guān)于遙控幀其實在實際使用中，顯得很雞肋，原因有：

1、CAN通信作為一種半雙工通信形式，在實際使用中的應(yīng)用層通信協(xié)議往往會定義好數(shù)據(jù)的應(yīng)答機制與時間間隔，節(jié)點與節(jié)點之間只要按照協(xié)議規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)即可。

2、遙控幀與數(shù)據(jù)幀對比，其實就是一條數(shù)據(jù)長度為0的數(shù)據(jù)幀而已，只是在幀格式里的仲裁段RTR位為隱性。那么，似乎有數(shù)據(jù)幀就足夠了。

3、遙控幀的概念定義只是一個預(yù)定義，所謂的請求其他節(jié)點給自己發(fā)送數(shù)據(jù)并不是強制的，與數(shù)據(jù)幀一樣完全根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議來規(guī)定其具體的使用。

綜上所述，CAN里定義的遙控幀實際作用不大，而且可以用數(shù)據(jù)幀配合應(yīng)用協(xié)議的定義，進(jìn)行替代。所以在后來的CAN-FD中已經(jīng)取消了遙控幀的定義了。

數(shù)據(jù)幀 與 遙控幀的數(shù)據(jù)格式

不管理Classic CAN Frame 還是CANFD Frame ，其幀結(jié)構(gòu)都由以下7個段組成：
-- SOF 幀起始
-- arbitration field 仲裁段
-- control field 控制段
-- data field 數(shù)據(jù)段
-- CRC field CRC段
-- ACK field ACK段
-- EOF 幀結(jié)束

依次排序為

這7個段，每個段里又都 有自已的格式細(xì)分，有兩種格式：標(biāo)準(zhǔn)備格式和擴展格展格式。

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CAN的應(yīng)用開發(fā)者只使用其中的仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段。其他部分都由CAN底層固件自動封裝！

由上圖可以看到，對于仲裁段和控制段在標(biāo)準(zhǔn)幀與擴展幀里有不同的定義，其他段一致。

幀起始與幀結(jié)束

• SOF 幀起始：由一個顯性位（低電平）組成，發(fā)送節(jié)點發(fā)送幀起始，其他節(jié)點同步于幀起始
• EOF幀結(jié)束：由7個隱形位（高電平）組成

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仲裁段內(nèi)容

• RTR位：用于指于這包數(shù)據(jù)是遙控幀還是數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀的RTR 位為顯性電平（值為0），遠(yuǎn)程幀為隱性電平（值為1）

所以幀格式和幀ID相同的懷脫 下，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀

• IDE : 用于指于這包數(shù)據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴展幀，標(biāo)準(zhǔn)幀的IDE位為顯性電平（值為0），擴展幀的IDE位為隱性電平。

對于前11位ID相同的標(biāo)準(zhǔn)幀和擴展幀，標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先級比擴展幀高

數(shù)據(jù)段

一個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為0~8個字節(jié)，遙控幀的數(shù)據(jù)長度固定為0

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參考（引用）資料

CAN通信講解