CAN報文的傳送和幀結構

1、9.2.2 CAN報文的傳送和幀結構 在進行數(shù)據傳送時，發(fā)出報文的節(jié)點為該報文的發(fā)送器。該節(jié)點在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器，如果一個節(jié)點不是報文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點為接收器。構成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據場和CRC序列均借助位填充規(guī)則進行編碼。當發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5位連續(xù)的相同數(shù)值時，將自動在實際發(fā)送的位流中插入一個補碼位。而數(shù)據幀和遠程幀的其余位場則采用固定格式，不進行填充，出錯幀和超載幀同樣是固定格式。報文中的位流是按照非歸零（NZR）碼方法編碼的，因此一個完整的位電平要么是顯性，要么是隱性。在“隱性”狀態(tài)下， CAN總線輸出差分電壓Vdiff=Vc

2、anh-Vcanl近似為零，在“顯性”狀態(tài)下，以大于最小閾值的差分電壓表示，如圖9.2所示。在總線空閑或“隱性”位期間，發(fā)送“隱性”狀態(tài)。在“顯性”位期間，“隱性”狀態(tài)改寫為“顯性”狀態(tài)。CAN有兩種不同的幀格式，不同之處為識別符場的長度不同：具有11位識別符的幀稱之為標準幀；而含有29位識別符的幀為擴展幀。CAN報文有以下4個不同的幀類型：l 數(shù)據幀：數(shù)據幀將數(shù)據從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌 遠程幀：總線節(jié)點發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據幀。l 錯誤幀：任何節(jié)點檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。l 過載幀：過載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。數(shù)據幀和遠程幀可以使

3、用標準幀及擴展幀兩種格式。它們用一個幀間空間與前面的幀分隔。1.數(shù)據幀數(shù)據幀由7個不同的位場組成：幀起始（Start of Frame）、仲裁場（Arbitration Frame）、控制場（Control Frame）、數(shù)據場（Data Frame）、CRC場（CRC Frame）、應答場（ACK Frame）、幀結尾（End of Frame）。數(shù)據場的長度為0到8位。報文的數(shù)據幀一般結構如圖9.3所示。在CAN2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在標識符的長度，在標準幀格式里，仲裁場由11位識別符和遠程請求位（RTR）組成。如圖9.4所示。在擴展幀格式里，仲裁場包括29位識別符、替

4、代遠程請求位（SRR）、識別符擴展位（IDE）和RTR位。如圖9.5所示。擴展格式是CAN協(xié)議的一個新特色。為了使控制器的設計相對地簡單，不要求執(zhí)行完全的擴展格式，但必須完全支持標準格式。新的控制器至少應具有以下屬性，才被認為是符合CAN規(guī)范：l 每一新的控制器支持標準格式；l 每一新的控制器可以接收擴展格式的報文，不能因為格式差別而破壞擴展幀格式。 下面具體分析數(shù)據幀的每一個位場。（1）幀起始幀起始（SOF）標志數(shù)據幀或遠程幀的開始，僅由一個“顯性”位組成。只有在總線空閑時才允許節(jié)點開始發(fā)送（信號）。所有節(jié)點必須同步于首先開始發(fā)送報文的節(jié)點的幀起始前沿，如圖9.3所示。（2）仲裁場仲裁場由標

5、識符和遠程發(fā)送請求位（RTR位）組成。RTR位在數(shù)據幀中為顯性，在遠程幀中為隱性。對于CAN2.0A標準，標識符長度為11位，這些位按ID.10到ID.0的順序發(fā)送,最低位是ID0, 7個最高位（ID.10-ID.4）必須不能全是“隱性”，如圖9.6所示。對于CAN2.0B標準，標準格式幀與擴展格式幀的仲裁場標識符格式不同。標準格式里，仲裁場由11位識別符和RTR位組成。識別符位由ID.28ID.18組成。如圖9.4所示。而在擴展格式里，仲裁場包括29位識別符、替代遠程請求位SRR、標識位IDE、遠程發(fā)送請求位RTR。其識別符由ID-28ID-0組成，其格式包含兩個部分：11位（ID.28ID

6、.18）基本ID、18位（ID.17ID.0）擴展ID。如圖9.5所示，擴展格式里，基本ID首先發(fā)送，其次是SRR位和IDE位。擴展ID的發(fā)送位于SRR位和IDE位之后。SRR的全稱是“替代遠程請求位（Substitute Remote Request BIT）”，SRR是一隱性位。它在擴展格式的標準幀RTR位上被發(fā)送，并代替標準幀的RTR位。因此，如果擴展幀的基本ID和標準幀的識別符相同，標準幀與擴展幀的沖突是通過標準幀優(yōu)先于擴展幀這一途徑得以解決的。IDE的全稱是“識別符擴展位（Identifier Extension Bit）”，對于擴展格式，IDE位屬于仲裁場；對于標準格式，IDE位屬

7、于控制場。標準格式的IDE位為“顯性”，而擴展格式的IDE位為“隱性”。（3）控制場控制場由6個位組成，其結構如圖9.7所示。標準格式和擴展格式的控制場格式不同。標準格式里的幀包括數(shù)據長度代碼、IDE位（為顯性位，見上文）及保留位r0。擴展格式里的幀包括數(shù)據長度代碼和兩個保留位：r1和r0。其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認可“顯性”和“隱性”位的任何組合。數(shù)據長度代碼（標準格式以及擴展格式）DLC，如表9.1所示。 表9.1數(shù)據幀長度代碼DLC數(shù)據字節(jié)的數(shù)目數(shù)據長度代碼DLC3DLC2DLC1DLC0012345678ddddddddrddddrrrrdddrrddrrddrdrdrdrd

8、數(shù)據長度代碼指示了數(shù)據場里的字節(jié)數(shù)量。其中：d“顯性”， r“隱性”，數(shù)據幀允許的數(shù)據字節(jié)數(shù)為0，1，7，8。其他的數(shù)值不允許使用。(4)數(shù)據場數(shù)據場由數(shù)據幀里的發(fā)送數(shù)據組成。它可以為08個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送最高有效位。(5)循環(huán)冗余碼CRC場CRC場包括CRC序列（CRC Sequence），其后是CRC界定符（CRC Delimiter），如圖9.8所示。 CRC序列（適合標準格式和擴展格式）CRC序列由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列組成，最適用于位數(shù)低于127的幀。為進行CRC計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定。組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據場（假如有

9、的話），而15個最低位的系數(shù)是0。將此多項式被下列多項式發(fā)生器除（其系數(shù)以2為模）：X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1這個多項式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列。為了實現(xiàn)這個功能，可以使用15位的位移寄存器CRC_RG(14:0)。如果NXTBIT指示位流的下一位，那么從幀的起始到數(shù)據場末尾都由沒有填充的位順序給定。CRC序列的計算如下：CRC_RG=0； /初始化移位寄存器REPEATCRCNXT=NXTBIT EXOR CRC_RG（14）；CRC_RG（14:1）=CRC_RG（13:0）； /寄存器左移一位CRC_RG（0）=0；IF CRCNXT THENCRC

10、_RG（14:0）CRC_RG（14:0）EXOR(4599H)；END IFUNTIL（CRC序列起始或有一錯誤條件） CRC界定符（標準格式以及擴展格式）CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個單獨的“隱性”位。（6）應答場（ACK Field）應答場長度為2個位，包含應答間隙（ACK Slot）和應答界定符（ACK Delimiter），如圖9.9所示。在ACK場（應答場）里，發(fā)送節(jié)點發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應答間隙（ACK Slot）期間向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”位以示應答。 應答間隙所有接收到匹配CRC序列（CRC Sequence）的節(jié)點會在應答

11、間隙（ACK Slot）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來做出回答。 應答界定符應答界定符是應答場的第二個位，并且是一個必須為“隱性”的位。因此，應答間隙（ACK Slot）被兩個“隱性”的位所包圍，也就是CRC界定符（CRC Delimiter）和應答界定符（ACK Delimiter）。（7）幀結尾（標準格式以及擴展格式）每一個數(shù)據幀和遠程幀均由一標志序列界定。這個標志序列由7個“隱性”位組成。2.遠程幀作為接收器的節(jié)點，可以通過向相應的數(shù)據源節(jié)點發(fā)送遠程幀激活該源節(jié)點，讓該源節(jié)點把數(shù)據發(fā)送給接收器。遠程幀也有標準格式和擴展格式，而且都由6個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場

12、、CRC場、應答場、幀結尾。與數(shù)據幀相反，遠程幀的RTR位是“隱性”的。它沒有數(shù)據場，數(shù)據長度代碼DLC的數(shù)值是不受制約的（可以標注為容許范圍8里的任何數(shù)值），此數(shù)值是相應于數(shù)據幀的數(shù)據長度代碼。遠程幀結構如圖9.10所示。3.錯誤幀錯誤幀由兩個不同的場組成，如圖9.11所示。第一個場是不同節(jié)點提供的錯誤標志（Error Flag）的疊加，第二個場是錯誤界定符。為了能正確地終止錯誤幀，“錯誤認可”的節(jié)點要求總線至少有長度為3個位時間的總線空閑（如果“錯誤認可”的接收器有局部錯誤的話）。因此，總線的載荷不應為100%。(1)錯誤標志有兩種形式的錯誤標志：激活錯誤標志和認可錯誤標志（有的文獻譯為：

13、“主動”和“被動”錯誤標志或“活動”和“認可” 錯誤標志）。l “激活錯誤”標志由6個連續(xù)的“顯性”位組成。l “認可錯誤”標志由6個連續(xù)的“隱性”的位組成，除非被其他節(jié)點的“顯性”位重寫。檢測到錯誤條件的“錯誤激活”的節(jié)點通過發(fā)送“激活錯誤”標志指示錯誤。錯誤標志的格式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)則（參見“編碼”），或者破壞了ACK場或幀結尾場的固定格式。所有其他的節(jié)點由此檢測到錯誤條件，并與此同時開始發(fā)送錯誤標志。所形成的“顯性”位序列就是把各個節(jié)點發(fā)送的不同的錯誤標志疊加在一起的結果，這個序列的總長度最小為6個位，最大為12個位。檢測到錯誤條件的“錯誤認可”的節(jié)點通過發(fā)送“認可

14、錯誤”標志指示錯誤，“錯誤認可”的節(jié)點等待6個相同極性的連續(xù)位，當這6個相同的位被檢測到時，“認可錯誤”標志的發(fā)送就完成。(2)錯誤界定符錯誤界定符包括8個“隱性”的位。錯誤標志傳送了以后，每一個節(jié)點就發(fā)送一個“隱性”的位，并一直監(jiān)視總線直到檢測出一個“隱性”的位為止，然后就開始發(fā)送其余7個“隱性”位。4.過載幀過載幀（Overload Frame）包括兩個位場：過載標志和過載界定符，其結構如圖9.12所示。有三種過載的情況會引發(fā)過載標志的傳送：l 接收器的內部情況，需要延遲下一個數(shù)據幀和遠程幀。l 在間歇（Intermission）的第一和第二字節(jié)檢測到一個“顯性”位。l 如果CAN節(jié)點在錯

15、誤界定符或過載界定符的第8位（最后一位）采樣到一個顯性位，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀。該幀不是錯誤幀，錯誤計數(shù)器不會增加。根據過載情況1而引發(fā)的過載幀只允許起始于所期望的間歇的第一個位時間，而根據情況2和情況3引發(fā)的過載幀應起始于所檢測到“顯性”位之后的位。通常為了延時下一個數(shù)據幀或遠程幀，兩種過載幀均可產生。（1）過載標志（Overload Flag）過載標志由6個“顯性”的位組成。過載標志的所有形式和“激活錯誤”標志的一樣。過載標志的格式破壞了間歇場的固定格式。因此，所有其他的節(jié)點都檢測到過載條件并與此同時發(fā)出過載標志。如果有的節(jié)點在間歇的第3個位期間檢測到“顯性”位，則這個位將解釋為幀的起始。

16、（2）過載界定符（Overload Delimiter）過載界定符包括8個“隱性”的位。過載界定符的形式和錯誤界定符的形式一樣。過載標志被傳送后，節(jié)點就一直監(jiān)視總線直到檢測到一個從“顯性”位到“隱性”位的跳變。此時，總線上的每一個節(jié)點完成了過載標志的發(fā)送，并開始同時發(fā)送其余7個“隱性”位。5.幀間空間數(shù)據幀（或遠程幀）與先行幀的隔離是通過幀間空間實現(xiàn)的，無論此先行幀類型如何（數(shù)據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀）。所不同的是，過載幀與錯誤幀之前沒有幀間空間，多個過載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀間空間包括間歇、總線空閑的位場。如果“錯誤認可”的節(jié)點已作為前一報文的發(fā)送器，則其幀間空間除了間歇、總線空閑外，還包括稱作“掛起傳送”（暫停發(fā)送）（Suspend Transmission）的位場。對于不是“錯誤認可”的節(jié)點，或作為前一報文的接收器的節(jié)點，其幀間空間如圖9.13所示：（1）間歇（Intermission）間歇包括3個“隱性”的位。間歇期間，所有的節(jié)點均不允許傳送數(shù)據幀或遠程幀，唯一要做的是標示一個過載條件。如果CAN節(jié)點有一報文等待發(fā)送并且節(jié)點在間歇的第三位采集到一顯性位，則此位被解釋為幀的起始位，并從下一位開始發(fā)送報文的標識符首位，而不用首