ISO 11898里CAN總線的基本特點與結構

范圍

ISO 11898-1主要描述了CAN總線的基本架構，定義了CAN在數據鏈路層的通信方式。重點內容是數據鏈路層的兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）和介質訪問控制（MAC）。

LLC和MAC工作使用很少接觸，我理解的是把CAN比作一道菜的話，MAC是廚師，LLC是傳菜員。

ISO 11898-1定義了兩種CAN，經典CAN和CAN FD。

經典CAN：波特率最高1Mbit/s，數據場每幀可達8個字節(jié)。

CAN FD：波特率最高超過1Mbit/s，數據場每幀可超過8個字節(jié)。

其實這里說波特率不是特別準確，看單位就知道規(guī)范的說法是比特率或位速率，標準原文也是bit rates。1個波特表示一個符號，一個符號可以是多個bit組成，而1個比特就是一個bit，但口語大家都說波特率，也沒有歧義，就這么用吧。

波特率達到1Mbit/s時，最大傳輸距離為40m。

CAN的基本特點

CAN有如下特點：

— 基于優(yōu)先權的多主總線訪問；

多主方式是指網絡上的每一節(jié)點都可以發(fā)送信息，每一節(jié)點也都可以對某一信息的標識符進行檢測。優(yōu)先權是根據標識符的值判定，ID值越小，優(yōu)先權越高。

— 基于內容的無損仲裁；

仲裁機制可以保證不會丟失信息，也不會浪費時間。

— 所有幀以廣播方式傳輸；

每一節(jié)點發(fā)出信息，同一總線上的所有節(jié)點都可以選擇接收該信息。

— 通過接收濾波進行多點傳輸；

接收器不判斷是哪個節(jié)點發(fā)送的信息，而是通過幀接收濾波的方法判斷該信息是否和接收器相關。發(fā)送也是一樣。

— 支持遠程數據請求；

某個節(jié)點通過發(fā)送遠程幀，請求另一個節(jié)點向自己回應相應的數據幀，這個數據幀標識符和遠程幀標識符相同。

— 配置靈活；

只要標識符數量夠，可以不做軟件或硬件的變更而增加節(jié)點。

— 全網內數據具有一致性；

某一幀可以同時被所有節(jié)點接收，也可以同時不被所有節(jié)點接收。

— 錯誤檢測和錯誤通報；

總線數據校驗，有多種方式。

— 自動重傳仲裁失敗、未被確認或在傳輸過程中被故障損壞的幀；

仲裁失敗會在下次總線空閑期間自動重發(fā)。錯誤幀在恢復時間之后，如果未再出錯，會被適時重發(fā)。

— 區(qū)分節(jié)點的臨時故障和永久故障，以及自動關閉故障節(jié)點。

故障節(jié)點會被斷開，會無法發(fā)送和無法接收任何幀。

CAN的消息幀

CAN在發(fā)送的時候，由LLC消息幀轉換為MAC消息幀；CAN在接收的時候，由MAC消息幀轉換為LLC消息幀。

LLC消息幀包括：標識符、格式化場、數據長度場、LLC數據場。

MAC消息幀包括：幀起始、仲裁場、控制場、數據場、循環(huán)冗余碼校驗場（CRC場）、應答場、幀結束。

一般好像只討論發(fā)出的MAC消息幀。消息幀分4種：數據幀、遠程幀、錯誤幀、超載幀。數據幀最常見，也最復雜，以此為例說明幀結構。

幀起始（SOF） ：數據幀和遠程幀的開始，只由一個顯性位組成，并且只在總線空閑時發(fā)送。

仲裁場 ：標準幀中由11位標識符（標識符編碼從ID-28到ID-18)和RTR位組成；擴展幀中由29位標識符（標識符編碼從ID-28到ID-18、ID-17到ID-0)、SRR位、IDE位和RTR位組成組成。

RTR位叫遠程傳輸請求位，數據幀中RTR是顯性電平，遠程幀中RTR是隱性電平。

SRR位叫替代傳輸請求位，在擴展幀中始終是隱性電平。

IDE位叫標識符擴展位。標準幀也有IDE位，只不過是在控制場。IDE位在標準幀中是顯性電平，在擴展幀中是隱性電平。

控制場 ：總共6位。標準幀中，由IDE（顯性）、r0（顯性）和DLC組成；擴展幀中，由r1（顯性）、r0（顯性）和DLC組成。

DLC叫數據長度碼，4位。DLC的值就是這一幀里數據場的長度。

數據場 ：0~8個字節(jié)，存儲著發(fā)送的數據，即這一幀想要傳輸的信息。

CRC場 ：循環(huán)冗余碼校驗場，由CRC序列和CRC界定符組成。

CRC序列是發(fā)送節(jié)點根據一個約定好的多項式算出來的校驗碼，這個多項式的系數根據這幀報文里的幀起始、仲裁場等數據確定。接收節(jié)點用同樣的方式計算。如果兩方算出來的校驗碼一致，則報文正常；不一致，則請求重新發(fā)送。

CRC_15用于經典CAN，CRC_17用于數據場不超過16個字節(jié)的CANFD，CRC_21用于數據場超過16個字節(jié)的CANFD。

CRC界定符算是一個分界線，經典CAN中為1個隱性位，CANFD中為1~2個隱性位。

應答場（ACK場） ：總共2位，由ACK槽和ACK界定符組成，兩個都是隱性位。

幀結束 ：由7個隱性位組成。

其他3種消息幀與數據幀類似，只是結構不太一樣。

遠程幀由6個域組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應答場和幀結束。

錯誤幀由錯誤標志和錯誤界定符組成。

超載幀由超載標志和超載界定符組成。