CAN总线结构与帧格式

1、p传输介质为双绞线，线性拓扑结构传输介质为双绞线，线性拓扑结构p每个控制单元每个控制单元“并联并联”在总线上在总线上CAN总线系统结构CAN总线系统结构CAN总线系统结构CAN总线系统结构CAN总线系统结构CAN总线系统结构p当当CAN总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以报发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。 p发动机电脑向某电脑发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机

2、电脑传来的数据，转换收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。信号并发给本电脑的控制器。pCAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。如果不是将忽略掉。 CAN总线系统数据的传输CAN总线系统数据的传输pCAN为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时为多主方式工作，网络上的任一节点在任何时候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。候都可以主动地向网络上的其他节点发送信息。pCAN采用短帧结构，废除了对传统的站地址编码，采用短

3、帧结构，废除了对传统的站地址编码，而是对通讯数据进行编码。每帧数据信息为而是对通讯数据进行编码。每帧数据信息为个字节，具体长度由用户决定。个字节，具体长度由用户决定。p当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点节点会主动的退出总线发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据。可不受影响地继续传输数据。pCAN的每帧信息都有的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，在校验及其他检错措施，在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，发送错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭受

4、破坏的帧可自动期间若丢失仲裁或由于出错而遭受破坏的帧可自动重新发送。重新发送。 CAN总线系统数据的传输p当当CAN总线上的一个节点总线上的一个节点(站站)发送数据时，它以报发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。 p发动机电脑向某电脑发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。信号并发给本电脑的控制器。pCAN

5、数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。如果不是将忽略掉。 CAN总线系统数据的传输p报文报文报文就是在总线上所传送的信息，该信息以报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。新报文。p帧传送帧传送在总线上传输的报文以帧结构进行传输。在总线上传输的报文以帧结构进行传输。报文传

6、送由种不同类型的帧来表示和控制：数据报文传送由种不同类型的帧来表示和控制：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。帧、远程帧、出错帧和超载帧。p仲裁仲裁仲裁用于处理总线访问冲突。方法是依据其仲裁用于处理总线访问冲突。方法是依据其报文优先权，而优先权由报文标识符与报文优先权，而优先权由报文标识符与RTR位来唯位来唯一确定。一确定。p标识符标识符一个报文的内容由其标识符一个报文的内容由其标识符ID命名，命名，ID并并不指出报文的目的，但描述了数据的含义，以便网不指出报文的目的，但描述了数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据是否使它们激活。

7、是否使它们激活。CAN总线系统数据传输的基本概念p技术规范技术规范CAN技术规范（技术规范（Version2.0）包括）包括2.0A和和2.0B。2.0A的报文标识符为的报文标识符为11位，位，2.0B有标准和有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符扩展两种报文格式，前者的标识符19位，后者位，后者29位。位。p远程数据请求远程数据请求通过发送一个远程帧，需要数据的通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。p显性隐性显性隐性CAN总线数值

8、为两种互补的逻辑数值：总线数值为两种互补的逻辑数值：“显性显性”和和“隐性隐性”。其中显性表示逻辑。其中显性表示逻辑“0”，而，而隐性表示逻辑隐性表示逻辑“1”p当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。CAN总线系统数据传输的基本概念p报文传送主要有四种类型的帧：报文传送主要有四种类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧以数据帧、远程帧、出错帧以及超载帧及超载帧。p数据帧：数据帧：由个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁场、由个不同的位场组成，分别是帧起始、仲裁场、控制场、数据场、控制场、数据场、CRC场、应答场以及帧结束。在具体编程场、应答场以及帧结束。

9、在具体编程中只要正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度码、数据场中只要正确地运用仲裁场、控制场中的数据长度码、数据场即可。即可。p帧起始帧起始标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位。标志一个数据帧或远程帧的开始，它是一个显性位。p仲裁场仲裁场仲裁场由报文标识符和远程发送请求位（仲裁场由报文标识符和远程发送请求位（RTR位）位）组成。组成。RTR位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性。包括位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性。包括报文标识符报文标识符11位（位（CAN2.0A标准），这标准），这12位共同组成报文优位共同组成报文优先权信息。数据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优先权先权信息。数

10、据帧的优先权比同一标识符的远程帧的优先权要高。要高。p控制场控制场由由6位组成，包括位作为控制总线发送电平的备位组成，包括位作为控制总线发送电平的备用位（留作用位（留作CAN通信协议扩展功能用）与通信协议扩展功能用）与4位数据长度码。位数据长度码。其中数据长度码其中数据长度码(DLC0-DLC3)指出了数据场中的字节数目指出了数据场中的字节数目08其保留位必须发送为显性其保留位必须发送为显性 。CAN总线系统数据的格式CAN总线系统数据的格式p数据场数据场存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接存储在发送缓冲器数据区或接收缓冲器数据区中以待发送或接收的数据。按字节存储的数据可由微

11、控制器发送到网络中，也可由其它收的数据。按字节存储的数据可由微控制器发送到网络中，也可由其它节点接收。其中第一个字节的最高位首先被发送或接收。节点接收。其中第一个字节的最高位首先被发送或接收。pCRC场场又名循环冗余码校验场，包括又名循环冗余码校验场，包括CRC序列（序列（15位）和位）和CRC界定符界定符（1个隐性位）。个隐性位）。CRC场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程场通过一种多项式的运算，来检查报文传输过程中的错误并自动纠正错误。这一步由控制器自身来完成。中的错误并自动纠正错误。这一步由控制器自身来完成。p应答场应答场包括应答间隙和应答界定符两位。在包括应答间隙和应答界定符两位

12、。在ACK场（应答场）里，发场（应答场）里，发送节点发送两个送节点发送两个“隐性隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（器就会在应答间隙（ACK Slot）期间向发送器发送一）期间向发送器发送一“显性显性”位以示应位以示应答。答。p帧结束帧结束每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列，它由个隐性位每一个数据帧和远程帧均结束于帧结束序列，它由个隐性位组成。组成。 CAN总线系统数据的格式p远程帧：远程帧：用来申请数据。当一个节点需要接收数据时，可以用来申请数据。当一个节点需要接收数据时，可以发送一个远程帧，通过标识符与置发送一个远程帧

13、，通过标识符与置RTR为高来寻址数据源，为高来寻址数据源，网络上具有与该远程帧相同标识符的节点则发送相应的数据网络上具有与该远程帧相同标识符的节点则发送相应的数据帧。帧。p远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结场、应答场和帧结束组成。这几个部分与数据帧中的相同，只是其束组成。这几个部分与数据帧中的相同，只是其RTR位为低位为低而已。而已。p远程帧的数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中远程帧的数据长度码为其对应的将要接收的数据帧中DLC的的数值。数值。 CAN总线系统数据的格式pCAN总线的报错是通过发送错误帧完成的。在介绍错误帧前，总线的报错是

14、通过发送错误帧完成的。在介绍错误帧前，先介绍一下主动错误节点先介绍一下主动错误节点(Error Active)和被动错误节点和被动错误节点(Error Passive)。每一个节点都有两个计数器，分别用来计。每一个节点都有两个计数器，分别用来计算接收数据错误数（算接收数据错误数（REC）和发送数据错误数（）和发送数据错误数（TEC），计），计数器如何进行增减在数器如何进行增减在CAN协议里有详细的规定。协议里有详细的规定。p当一个节点的当一个节点的TEC和和REC都小于都小于128时，该节点为主动错误时，该节点为主动错误节点；当一个节点的节点；当一个节点的TEC或者或者REC大于等于大于等于1

15、28时，该节点时，该节点为被动错误节点；当计数器的值变化时，主动错误节点和被为被动错误节点；当计数器的值变化时，主动错误节点和被动节点会相互转化。当一个节点的动节点会相互转化。当一个节点的TEC大于等于大于等于256时，该时，该节点进入节点进入BUS OFF状态，它将不能再与其他节点通信。状态，它将不能再与其他节点通信。 p错误帧：错误帧：由两个不同场组成，一个是错误叠加标志，另一个由两个不同场组成，一个是错误叠加标志，另一个是出错界定符。是出错界定符。 v主动错误标志（主动错误标志（6个显性位）和被动错误标志（个显性位）和被动错误标志（6个隐性位）个隐性位）CAN总线系统数据的格式p超载帧：

16、超载帧：由超载标识和超载界定符组成。由超载标识和超载界定符组成。p在在CAN中，存在两个条件导致发送超载帧。一个是接收器未中，存在两个条件导致发送超载帧。一个是接收器未准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位。准备就绪，另一个是在间隙场检测到显性位。 CAN总线系统数据的格式p帧间空间：帧间空间：数据帧（或远程帧）与先行帧的隔离是通过帧间数据帧（或远程帧）与先行帧的隔离是通过帧间空间实现的，无论此先行帧类型如何（数据帧、远程帧、错空间实现的，无论此先行帧类型如何（数据帧、远程帧、错误帧、过载帧）。误帧、过载帧）。p所不同的是，过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载所不同的是，过载帧与错误帧之前

17、没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧之间也不是由帧间空间隔离的。CAN总线系统数据的格式最大安全传输速率：最大安全传输速率：1 Mbps= 1 Megabit per sec. = 1 000 000 bits per sec.ISO标准：标准：高速/低速分界点 125000bps一个完整的信息传递平均周期：一个完整的信息传递平均周期：大约1ms（根据信息长度）控制单元数量：控制单元数量：出于可靠性原因，最多允许接入32个控制单元CAN bus 总线最大允许长度：总线最大允许长度：40 mCAN程序版本：程序版本： Bosch CAN 2.0bps = bits per se

18、cond 单位：位（比特）/秒 8 bits = 1 byte 8位=1字节 1 Mbps = 1 000 kbps = 1 000 000 bps技术数据说明：CAN总线系统数据的格式CAN总线系统数据的格式信息通过信息通过Bit字节进行传送字节进行传送下表说明，信息量如何随着添加Bit 而增加。越多字节进行组合, 可以传递越多的信息。每增加一个字节都可使携带的信息将增加一倍。CAN总线系统数据的格式负逻辑负逻辑在在CAN-总线规范中确定了负逻辑总线规范中确定了负逻辑优势信号开关闭合 灯不亮劣势信号 开关打开 灯亮状态值状态值收发器 闭合 数据线路电压约2 V 至 3 V Komfort 舒

19、适总线约1,5 至 3,5 V Antrieb 驱动总线状态值状态值 收发器 打开 数据线路电压0 V 至 5 V Komfort 舒适总线约2,5 V Antrieb 驱动总线CAN总线系统数据的格式0优势优势在CAN-数据总线系统中通常连接数个控制单元。只有当所有的控制单元发送“1”-Bit，在总线上的信息逻辑上是“1”。如果至少有一个控制单元发送了“0”-Bit, 那么在总线线路上的信号逻辑上就是“0”。 一个控制单元的“0”信息可覆盖其它控制单元上的“1”信息。 “0”-Bit 占优势“1”-Bit 劣势CAN总线系统数据的格式CAN数据总线优先权分配如果多个控制单元要同时发送其数据包, 必须决定，谁最先发送。 具有最高优先权的数据包将最先被发送。所有三个控制单元同时开始发送数据包。同时他们与数据总线线路上的字节一个一个的进行比较。如果一个控制单元发送一个低位的字节并认出一个高位的字节, 将停止发送并开始接收。ABS/EDS 控制单元信息发动机控制单元信息自动变速器控制单元信息数据总线线路低位高位发动机控制单元失败自动变速器控制单元失败CAN总线上是差分信号，一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。 CAN总线信号电压正常情况下CANH标准电压：隐性为2.6V左右；显性为3.8V左右CAN