CAN報(bào)文的傳送和幀結(jié)構(gòu)

1、CAN報(bào)文的傳送和幀結(jié)構(gòu)922 CAN報(bào)又的傳送和幀結(jié)構(gòu)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)出報(bào)文的節(jié)點(diǎn)為該報(bào)文的發(fā)送器。該節(jié)點(diǎn)在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)不是報(bào)文發(fā)送器，弁且總線不處于空閑狀態(tài)，則該節(jié)點(diǎn)為接收典o構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一不進(jìn)行填充，出錯(cuò)幀和超載幀同個(gè)補(bǔ)碼位。而數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)則采用固定格式,樣是固定格式。報(bào)文中的位流是按照非歸零 (NZR )碼方法編碼的，因此一個(gè)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

2、電壓性”位期間，發(fā)送“隱性”Vdiff _* VcANH - VCANL在“顯性”狀態(tài)下，以大近似為零，如圖9.2所示。在總線空閑或“隱“隱性”狀態(tài)改寫為“顯性”狀態(tài)。fi曲比駐fi圖92總線上的位電平表示于最小閾值的差分電壓表示,狀態(tài)。在“顯性”位期間，CAN有兩種不同的幀格式，不同之處為識(shí)別符場(chǎng)的長(zhǎng)度不同：具有11位識(shí)別符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀；而含有 29位識(shí)別符的幀為擴(kuò)展幀。CAN報(bào)文有以下4個(gè)不同的幀類型：數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀將數(shù)據(jù)從發(fā)送器傳輸?shù)浇邮掌鳌＿h(yuǎn)程幀：總線節(jié)點(diǎn)發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。錯(cuò)誤幀：任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。過(guò)載幀：過(guò)載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀

3、(或遠(yuǎn)程幀)之間提供一附加的延時(shí)。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀可以使用標(biāo)準(zhǔn)幀及擴(kuò)展幀兩種格式。它們用一個(gè)幀間空間與前面的幀分隔。1.數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始 (Start of Frame )、仲裁場(chǎng)(Arbitration Frame )、控制場(chǎng) (Control Frame )、數(shù)據(jù)場(chǎng)(Data Frame )、CRC 場(chǎng)(CRC Frame )、應(yīng)答場(chǎng)(ACK Frame )、 幀結(jié)尾 (End of Frame )。數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度為 0至U 8位。報(bào)文的數(shù)據(jù)幀一般結(jié)構(gòu)如圖9.3所示。幀問(wèn)空問(wèn)數(shù)據(jù)惱幀問(wèn)空間威超載幀忡裁場(chǎng)控制場(chǎng)CRC場(chǎng)幀結(jié)束幀起始ACK場(chǎng)圖9.3報(bào)文的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)仲裁場(chǎng)在C

4、AN2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，在標(biāo)準(zhǔn)幀格式里,由11位識(shí)別符和遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（RTR）組成。如圖9.4所示。在擴(kuò)展幀格式里，仲裁場(chǎng)包括29位識(shí)別符、替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（SRR)、識(shí)別符擴(kuò)展位（IDE ）和RTR位。如圖9.5所示?；ㄖ扑挂?？k -東地場(chǎng)一人?仲載坊 kDLC幀起姑RTK WE日勺圖9.4標(biāo)準(zhǔn)格式中的數(shù)據(jù)幀圖9.5擴(kuò)展格式中的數(shù)據(jù)幀擴(kuò)展格式是CAN協(xié)議的一個(gè)新特色。為了使控制器的設(shè)計(jì)相對(duì)地簡(jiǎn)單，不要求執(zhí)行完全的擴(kuò)展格式，但必須完全支持標(biāo)準(zhǔn)格式。新的控制器至少應(yīng)具有以下屬性，才被認(rèn)為是符合CAN規(guī)范：每一新的控制器支持標(biāo)準(zhǔn)格式；每一新的控制器可以接收擴(kuò)展格

5、式的報(bào)文，不能因?yàn)楦袷讲顒e而破壞擴(kuò)展幀格式。卜面具體分析數(shù)據(jù)幀的每一個(gè)位場(chǎng)。（1）幀起始閑時(shí)才允前沿，如圖9.3所幀起始（SOF）標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的開始，僅由一個(gè)“顯性”位組成。只有在總線空許節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送（信號(hào)）。所有節(jié)點(diǎn)必須同步于首先開始發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)的幀起始示。（2）仲裁場(chǎng)仲裁場(chǎng)由標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR位）組成。RTR位在數(shù)據(jù)幀中為顯性，在遠(yuǎn)程幀中為隱性。對(duì)于CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度為 11位，這些位按ID.10到ID.0的順序發(fā)送是IDO, 7個(gè)最高位（ID.10-ID.4 ）必須不能全是“隱性”，如圖 9.6所示。幀閆空旬一？仲堿控制場(chǎng)4刪付PTRu圖9.6 CAN2.

6、0A的仲裁場(chǎng)的組成標(biāo)準(zhǔn)格式里,對(duì)于CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)格式幀與擴(kuò)展格式幀的仲裁場(chǎng)標(biāo)識(shí)符格式不同。仲裁場(chǎng)由11位識(shí)別符和RTR位組成。識(shí)別符位由ID.283ID.18組成。如圖9.4所示。而在 擴(kuò)展格式里，仲裁場(chǎng)包括29位識(shí)別符、替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位SRR、標(biāo)識(shí)位IDE、遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR。具識(shí)別符由ID-28©-。組成，其格式包含兩個(gè)部分：11位（ID.28©.化）基本ID、18位（ID.17口.。）擴(kuò)展ID。如圖9.5所示，擴(kuò)展格式里，基本 ID首先發(fā)送，其次是 SRR位和 IDE位。擴(kuò)展ID的發(fā)送位于 SRR位和IDE位之后。RTR位。因此，如果擴(kuò)展幀的基SRR的全稱是

7、“替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位 （ Substitute Remote Request BIT ）”，SRR是一隱性位。它在擴(kuò)展格式的標(biāo)準(zhǔn)幀 RTR位上被發(fā)送，弁代替標(biāo)準(zhǔn)幀的得以解決本ID和標(biāo)準(zhǔn)幀的識(shí)別符相同，標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的沖突是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀這一途徑 的。IDE的全稱是“識(shí)別符擴(kuò)展位（Identfier Extension Bit ） ”，對(duì)于擴(kuò)展格式，IDE位屬于仲裁場(chǎng);性”對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)格式，IDE位屬于控制場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)格式的IDE位為“顯性”，而擴(kuò)展格式的 IDE位為“隱（3） 控制場(chǎng)控制場(chǎng)由6個(gè)位組成，其結(jié)構(gòu)如圖 標(biāo)準(zhǔn)格式里的幀包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼、9.7所示。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的控制場(chǎng)格式不同。ID

8、E位（為顯性位，見(jiàn)上文）及保留位r0o擴(kuò)展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼和兩個(gè)保留位:ri和r0o具保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認(rèn)可“顯性”和“隱性”位的任何組合。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（標(biāo)準(zhǔn)格式以及擴(kuò)展格式）DLC ,如表9.1所示。 拄制場(chǎng) ?數(shù)據(jù)場(chǎng)場(chǎng)IDE/r1cODLCSDLC2DLC1DLOO4保留氈f 數(shù)小度碼 ?圖9.7控制場(chǎng)結(jié)構(gòu)表9.1數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度代碼DLC數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)目數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4 d5 d6 d7 d8數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼指示了數(shù)據(jù)場(chǎng)里的字節(jié)數(shù)量。其中：d- “顯性”，r"，數(shù)據(jù)幀允許的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為0, 1,

9、- -7, 8。其他的數(shù)值不允許使用。(4)數(shù)據(jù)場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)由數(shù)據(jù)幀里的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為08個(gè)字節(jié)，每字節(jié)包含了 8個(gè)位，首先發(fā)送最高有效位。(5)循環(huán)冗余碼CRC場(chǎng)CRC場(chǎng)包括 CRC序歹U(CRC Seque nee ),其后是 CRC界定符(CRC Delimiter ),如圖9.8 所75。4CRC 境W ACK 疑嘴一 CRf序機(jī)一CEC即罡待圖9.8循環(huán)冗余碼CRC場(chǎng)CRC序列(適合標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)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(jìn)行CRC計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無(wú)填充位流給定。組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)(假

10、如有的話)，而15個(gè)最低位的系數(shù)是 0。將此多項(xiàng)式被下列多項(xiàng)式發(fā)生器除(其系數(shù)以2為模)：X15+X14+X10+X 8+X7+X4+X 3+1這個(gè)多項(xiàng)式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，可以使用15位的位移寄存器一 CRC_RG(14:0) o如果NXTBIT指示位流的下一位，那么從幀的起始到數(shù)據(jù)場(chǎng)末尾都由沒(méi)有填充的位順序給定。CRC序列的計(jì)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 C

11、RCNXT THENCRC_RG (14:0)= CRC_RG (14:0) EXOR(4599H); END IFUNTIL ( CRC序列起始或有一錯(cuò)誤條件)CRC界定符(標(biāo)準(zhǔn)格式以及擴(kuò)展格式)CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個(gè)單獨(dú)的“隱性”位。(6) 應(yīng)答場(chǎng)(ACK Field )應(yīng)答場(chǎng)長(zhǎng)度為2個(gè)位，包含應(yīng)答間隙(ACK Slot )和應(yīng)答界定符(ACK Delimiter ),如 圖9.9所示。在ACK場(chǎng)(應(yīng)答場(chǎng))里，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)“隱性”位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙(ACK Slot )期間向發(fā)送器發(fā)送一 “顯性”位以示應(yīng)答。應(yīng)答間隙所有接收到匹配

12、 CRC序列(CRC Sequenee )的節(jié)點(diǎn)會(huì)在應(yīng)答間隙(ACK Slot )期間用 一 “顯性” 的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來(lái)做出回答。應(yīng)答界定符應(yīng)答界定符是應(yīng)答場(chǎng)的第二個(gè)位，弁且是一個(gè)必須為“隱性”的位。因此，應(yīng)答間隙 (ACK Slot )被兩個(gè)“隱性”的位所包圍，也就是 CRC界定符(CRC Delimiter )和應(yīng)答界定符(ACK Delimiter )。CRC 場(chǎng)4 ACBZ 場(chǎng)ACK T牢符1圖9.9應(yīng)答場(chǎng)(7) 幀結(jié)尾(標(biāo)準(zhǔn)格式以及擴(kuò)展格式)每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由一標(biāo)志序列界定。這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)“隱性”位組成。2 .遠(yuǎn)程幀作為接收器的節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)向相應(yīng)的數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)發(fā)

13、送遠(yuǎn)程幀激活該源節(jié)點(diǎn)，讓該源節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送給接收器。遠(yuǎn)程幀也有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，而且都由6個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)尾。與數(shù)據(jù)幀相反，遠(yuǎn)程幀的 RTR位是“隱性”的。它沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼DLC的 數(shù)值是不受制約的(可以標(biāo)注為容許范圍08里的任何數(shù)值)，此數(shù)值是相應(yīng)于數(shù)據(jù)幀的數(shù) 據(jù)長(zhǎng)度代碼。遠(yuǎn) 程幀結(jié)構(gòu)如圖9.10所示。師空間 拆鋰砧幀間空A1CRC場(chǎng)圖9.10遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)3 .錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場(chǎng)組成，如圖9.11所示。第一個(gè)場(chǎng)是不同節(jié)點(diǎn)提供的錯(cuò)誤標(biāo)志(Error Flag )的疊加，第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。為了能正確地終止錯(cuò)誤幀，“錯(cuò)誤認(rèn)可”的

14、節(jié)點(diǎn)要求總線至少有長(zhǎng)度為3個(gè)位時(shí)間的總線空閑(如果“錯(cuò)誤認(rèn)可”的接收器有局部錯(cuò)誤的話)。吊髓；I灸4載荷不應(yīng)為100%I 一幀問(wèn)空間錯(cuò)誤疊加標(biāo)志圖9.11錯(cuò)誤幀結(jié)構(gòu)(圖中統(tǒng)一起見(jiàn)出錯(cuò)幀改為錯(cuò)誤幀)(1)錯(cuò)誤標(biāo)志有兩種形式的錯(cuò)誤標(biāo)志：激活錯(cuò)誤標(biāo)志和認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志 (有的文獻(xiàn)譯為：“主動(dòng)”和“被 動(dòng)”錯(cuò)誤標(biāo)志或“活動(dòng)”和“認(rèn)可”錯(cuò)誤標(biāo)志)?！凹せ铄e(cuò)誤”標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的“顯性”位組成?！罢J(rèn)可錯(cuò)誤”標(biāo)志由 6個(gè)連續(xù)的“隱性”的位組成，除非被其他節(jié)點(diǎn)的“顯性”位 重寫。檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤激活”的節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送“激活錯(cuò)誤”標(biāo)志指示錯(cuò)誤。錯(cuò)誤標(biāo)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(jiàn)“編碼”

15、)，或者破壞了 ACK場(chǎng)或幀結(jié)尾場(chǎng)的固定格式。所有其他的節(jié)點(diǎn)由此檢測(cè)到錯(cuò)誤條件，弁與此同時(shí)開始發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。所形成的“顯性”位序列就是把各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的不同的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加在一起的結(jié)果，這個(gè)序列的總長(zhǎng)度最小為6個(gè)位，最大為12個(gè)位。檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送“認(rèn)可錯(cuò)誤”標(biāo)志指示錯(cuò)誤，“錯(cuò)誤認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)等待6個(gè)相同極性的連續(xù)位，當(dāng)這 6個(gè)相同的位被檢測(cè)到時(shí)，“認(rèn)可錯(cuò)誤”標(biāo)志的發(fā)送就完成。(2)錯(cuò)誤界定符錯(cuò)誤界定符包括8個(gè)“隱性”的位。錯(cuò)誤標(biāo)志傳送了以后，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就發(fā)送一個(gè)“隱性”的位，弁一直監(jiān)視總線直到檢 測(cè)出一個(gè)“隱性”的位為止，然后就開始發(fā)送其余7個(gè)“隱性”位。4 .過(guò)載幀過(guò)載

16、幀(Overload Frame )包括兩個(gè)位場(chǎng)：過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符，其結(jié)構(gòu)如圖9.12所示。 幀結(jié)市或超窺的*增一啊問(wèn)主問(wèn)制教鼻定符載超乾股 4 一越哉樂(lè)吉一? *4超粒廟陲加 ？ 4-赳載mill符f圖9.12過(guò)載幀結(jié)構(gòu)有三種過(guò)載的情況會(huì)引發(fā)過(guò)載標(biāo)志的傳送：接收器的內(nèi)部情況，需要延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀。在間歇(In termission )的第一和第二字節(jié)檢測(cè)到一個(gè)“顯性”位。如果CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符的第8位(最后一位)采樣到一個(gè)顯性位，節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送一個(gè)過(guò)載幀。該幀不是錯(cuò)誤幀，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器不會(huì)增加。根據(jù)過(guò)載情況1而引發(fā)的過(guò)載幀只允許起始于所期望的間歇的第一個(gè)位時(shí)間，而根據(jù)情況

17、2和情況3引發(fā)的過(guò)載幀應(yīng)起始于所檢測(cè)到“顯性”位之后的位。通常為了延時(shí)下一個(gè)數(shù) 據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，兩種過(guò)載幀均可產(chǎn)生。(1)過(guò)載標(biāo)志(Overload Flag )過(guò)載標(biāo)志由6個(gè)“顯性”的位組成。過(guò)載標(biāo)志的所有形式和“激活錯(cuò)誤”標(biāo)志的一樣。過(guò)載標(biāo)志的格式破壞了間歇場(chǎng)的固定格式。與此同時(shí)發(fā)出過(guò)載標(biāo)志。如果有的節(jié)點(diǎn)在間歇的第 幀的起始。(2)過(guò)載界定符(Overload Delimiter )過(guò)載界定符包括8個(gè)“隱性”的位。過(guò)載界定符的形式和錯(cuò)誤界定符的形式一樣。因此，所有其他的節(jié)點(diǎn)都檢測(cè)到過(guò)載條件弁3個(gè)位期間檢測(cè)到“顯性”位，則這個(gè)位將解釋為過(guò)載標(biāo)志被傳送后，節(jié)點(diǎn)就一直監(jiān)視總線標(biāo)志的發(fā)送，弁開始同時(shí)

18、發(fā)送其余7個(gè)“隱性”位。直到檢測(cè)到一個(gè)從“顯性”位到“隱性”位的跳變。此時(shí)，總線上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)完成了過(guò)載5.幀間空間數(shù)據(jù)幀(或遠(yuǎn)程幀)與先行幀的隔離是通過(guò)幀間空間實(shí)現(xiàn)的，無(wú)論此先行幀類型如何(數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀)。所不同的是，過(guò)載幀與錯(cuò)誤幀之前沒(méi)有幀間空間，多個(gè)過(guò)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(chǎng)。如果“錯(cuò)誤認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)已作為前一報(bào)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)(Suspe ndTran smissi on ) 的位場(chǎng)。對(duì)于不是“錯(cuò)誤認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)，或作為前一報(bào)文的接收器的節(jié)點(diǎn)，具幀間空間如圖9.13所示：幀幀間空間幀間歇場(chǎng)總線空閑圖9.13非錯(cuò)誤認(rèn)可"幀間空間對(duì)于作為前一報(bào)文發(fā)送器的“錯(cuò)誤認(rèn)可”的節(jié)點(diǎn)，其幀間空間如圖9.14 所示幀幀間空間1幀間歇場(chǎng)暫停發(fā)送場(chǎng)總線空閑圖9.14錯(cuò)誤激活”幀間空間(1)間歇(Intermission )間歇包括3個(gè)“隱性”的位。間歇期間，所有的節(jié)點(diǎn)均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，唯 要做的是 標(biāo)示一個(gè)過(guò)載條件。則此位被解如果 CAN 節(jié)點(diǎn)有一報(bào)文等待發(fā)送并且節(jié)點(diǎn)在間歇的第三位采集到一顯性位，釋為幀的起始位， 并從下一位開始發(fā)送