CAN报文的传送和帧结构

CAN 报文的传送和帧结构

9.2.2 CAN 报文的传送和帧结构

在进行数据传送时，发出报文的节点为该报文的发送器。该节点在总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器，如果一个节点不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该节点为接收器。

构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC 序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动在实际发送的位流中插入一个补码位。而数据帧和远程帧的其余位场则采用固定格式，不进行填充，出错帧和超载帧同样是固定格式。报文中的位流是按照非归零（NZR ）码方法编码的，因此一个完整的位电平要么是显性，要么是隐性。

在“隐性”状态下， CAN 总线输出差分电压

=— 近似为零，

在“显性”状态下，以大于最小阈值的差分电压表示，如图9.2所示。在总线空闲或“隐性”位期间，发送“隐性”状态。在“显性”位期间，“隐性”状态改写为“显性”状态。

图9.2总线上的位电平表示

CAN 有两种不同的帧格式，不同之处为识别符场的长度不同：具有11位识别符的帧称之为标准帧；而含有29位识别符的帧为扩展帧。CAN 报文有以下4个不同的帧类型： ● 数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。

● 远程帧：总线节点发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。

● 错误帧：任何节点检测到总线错误就发出错误帧。

● 过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。 数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧两种格式。它们用一个帧间空间与前面的帧分隔。

1. 数据帧

数据帧由7个不同的位场组成：帧起始（Start of Frame ）、仲裁场（Arbitration Frame ）、控制场（Control Frame ）、数据场（Data Frame ）、CRC 场（CRC Frame ）、应答场（ACK Frame ）、帧结尾（End of Frame ）。数据场的长度为0到8位。报文的数据帧一般结构如图9.3所示。

diff V CANH V CANL V

图9.3 报文的数据帧结构

在CAN2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在标识符的长度，在标准帧格式里，仲裁场由11位识别符和远程请求位（RTR）组成。如图9.4所示。在扩展帧格式里，仲裁场包括29位识别符、替代远程请求位（SRR）、识别符扩展位（IDE）和RTR位。如图9.5所示。

图9.4 标准格式中的数据帧

图9.5 扩展格式中的数据帧

扩展格式是CAN协议的一个新特色。为了使控制器的设计相对地简单，不要求执行完全的扩展格式，但必须完全支持标准格式。新的控制器至少应具有以下属性，才被认为是符合CAN规范：

●每一新的控制器支持标准格式；

●每一新的控制器可以接收扩展格式的报文，不能因为格式差别而破坏扩展帧格式。

下面具体分析数据帧的每一个位场。

（1）帧起始

帧起始（SOF）标志数据帧或远程帧的开始，仅由一个“显性”位组成。只有在总线空闲时才允许节点开始发送（信号）。所有节点必须同步于首先开始发送报文的节点的帧起始前沿，如图9.3所示。

（2）仲裁场

仲裁场由标识符和远程发送请求位（RTR位）组成。RTR位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性。

对于CAN2.0A标准，标识符长度为11位，这些位按ID.10到ID.0的顺序发送,最低位

是ID0, 7个最高位（ID.10-ID.4）必须不能全是“隐性”，如图9.6所示。

图9.6 CAN2.0A的仲裁场的组成

对于CAN2.0B标准，标准格式帧与扩展格式帧的仲裁场标识符格式不同。标准格式里，仲裁场由11位识别符和RTR位组成。识别符位由ID.28…ID.18组成。如图9.4所示。而在扩展格式里，仲裁场包括29位识别符、替代远程请求位SRR、标识位IDE、远程发送请求位RTR。其识别符由ID-28…ID-0组成，其格式包含两个部分：11位（ID.28…ID.18）基本ID、18位（ID.17…ID.0）扩展ID。如图9.5所示，扩展格式里，基本ID首先发送，其次是SRR位和IDE位。扩展ID的发送位于SRR位和IDE位之后。

SRR的全称是“替代远程请求位（Substitute Remote Request BIT）”，SRR是一隐性位。它在扩展格式的标准帧RTR位上被发送，并代替标准帧的RTR位。因此，如果扩展帧的基本ID和标准帧的识别符相同，标准帧与扩展帧的冲突是通过标准帧优先于扩展帧这一途径得以解决的。

IDE的全称是“识别符扩展位（Identifier Extension Bit）”，对于扩展格式，IDE位属于仲裁场；对于标准格式，IDE位属于控制场。标准格式的IDE位为“显性”，而扩展格式的IDE位为“隐性”。

（3）控制场

控制场由6个位组成，其结构如图9.7所示。标准格式和扩展格式的控制场格式不同。标准格式里的帧包括数据长度代码、IDE位（为显性位，见上文）及保留位r0。扩展格式里的帧包括数据长度代码和两个保留位：r1和r0。其保留位必须发送为显性，但是接收器认可“显性”和“隐性”位的任何组合。

数据长度代码（标准格式以及扩展格式）DLC，如表9.1所示。

IDE/r1

图9.7 控制场结构

表9.1 数据帧长度代码DLC

，数据帧允许的数据字节数为{0，1，…7，8}。其他的数值不允许使用。

(4) 数据场

数据场由数据帧里的发送数据组成。它可以为0~8个字节，每字节包含了8个位，首先发送最高有效位。

(5) 循环冗余码CRC 场

CRC 场包括CRC 序列（CRC Sequence ），其后是CRC 界定符（CRC Delimiter ），如图

9.8所示。

图9.8 循环冗余码CRC 场

① CRC 序列（适合标准格式和扩展格式）

CRC 序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，最适用于位数低于127的帧。为进行CRC 计算，被除的多项式系数由无填充位流给定。组成这些位流的成分是：帧起始、仲裁场、控制场、数据场（假如有的话），而15个最低位的系数是0。将此多项式被下列多项式发生器除（其系数以2为模）：

X 15+X 14+X 10+X 8+X 7+X 4+X 3+1

这个多项式除法的余数就是发送到总线上的CRC 序列。为了实现这个功能，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，那么从帧的起始到数据场末尾都由没有填充的位顺序给定。CRC 序列的计算如下：

CRC_RG=0； //初始化移位寄存器

REPEAT

CRCNXT=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 THEN

CRC_RG （14:0）＝CRC_RG （14:0

）EXOR(4599H)；

END IF

UNTIL （CRC 序列起始或有一错误条件）

② CRC 界定符（标准格式以及扩展格式）

CRC 序列之后是CRC 界定符，它包含一个单独的“隐性”位。

（6）应答场（ACK Field ）

应答场长度为2个位，包含应答间隙（ACK Slot ）和应答界定符（ACK Delimiter ），如图9.9所示。在ACK 场（应答场）里，发送节点发送两个“隐性”位。