CAN总线协议：数据帧-程序员宅基地

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一.  简介

前面几篇文章简单了解了 CAN总线特点及其电器属性。文章如下：

CAN简介-程序员宅基地

Linux CAN总线的电器属性-程序员宅基地

本文开始来学习CAN总线的协议。

二.  CAN总线协议

1.  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 0~8 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 0~64 为 bit ，对应到字节就是 0~8 字节。

⑤ CRC 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。

⑦  帧结束

最后就是帧结束段，标准格式和扩展格式相同，帧结束段结构如下图 所示：
可以看出，帧结束段很简单，由 7 位隐性位构成。
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