CAN數(shù)據(jù)幀為什么要分這么多段,每一段都有什么作用?

CAN（Controller Area Network）是一種用于汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。它具有高可靠性、實時性和靈活性等特點，被廣泛應用于汽車、工業(yè)、醫(yī)療等領域。CAN數(shù)據(jù)幀是CAN通信中的基本數(shù)據(jù)單位，它由多個字段組成，每個字段都有其特定的作用。

1. 幀起始位（SOF）

幀起始位是CAN數(shù)據(jù)幀的第一個位，用于表示一個新幀的開始。在CAN總線上，幀起始位是一個顯式的位，其值為“0”，用于區(qū)分數(shù)據(jù)幀和空閑位。幀起始位的出現(xiàn)，通知CAN控制器和CAN節(jié)點，一個新的數(shù)據(jù)幀即將開始傳輸。

2. 仲裁場（Arbitration Field）

仲裁場是CAN數(shù)據(jù)幀中用于確定數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級的部分。它由11位標識符（ID）組成，其中最高位為主導位（DOM，Dominant Bit），其余10位為從屬位（SOM，Subordinate Bit）。在CAN總線上，多個節(jié)點可以同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀，但只有一個數(shù)據(jù)幀能夠成功傳輸。仲裁場的作用就是確定哪個數(shù)據(jù)幀具有更高的優(yōu)先級，從而能夠成功傳輸。

在仲裁過程中，主導位的優(yōu)先級高于從屬位。如果兩個數(shù)據(jù)幀的主導位相同，那么比較它們的從屬位，從屬位較小的數(shù)據(jù)幀具有更高的優(yōu)先級。如果兩個數(shù)據(jù)幀的主導位和從屬位都相同，那么它們具有相同的優(yōu)先級，這種情況下，哪個數(shù)據(jù)幀能夠成功傳輸是隨機的。

3. 控制場（Control Field）

控制場是CAN數(shù)據(jù)幀中用于描述數(shù)據(jù)幀類型和長度的部分。它由6位組成，其中最低位為幀類型位（FT，F(xiàn)rame Type），其余5位為數(shù)據(jù)長度碼（DLC，Data Length Code）。

幀類型位用于區(qū)分數(shù)據(jù)幀和遠程幀。數(shù)據(jù)幀用于傳輸實際的數(shù)據(jù)，而遠程幀用于請求其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。當幀類型位為“0”時，表示這是一個數(shù)據(jù)幀；當幀類型位為“1”時，表示這是一個遠程幀。

數(shù)據(jù)長度碼用于描述數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)場的長度。DLC的取值范圍為015，表示數(shù)據(jù)場的長度為08字節(jié)。當DLC為0時，表示數(shù)據(jù)場為空；當DLC為18時，表示數(shù)據(jù)場的長度為18字節(jié)；當DLC為9~15時，表示數(shù)據(jù)場的長度為8字節(jié)。

4. 數(shù)據(jù)場（Data Field）

數(shù)據(jù)場是CAN數(shù)據(jù)幀中用于傳輸實際數(shù)據(jù)的部分。它的大小由控制場中的數(shù)據(jù)長度碼（DLC）確定。數(shù)據(jù)場可以包含0~8字節(jié)的數(shù)據(jù)，每個字節(jié)由8位組成。數(shù)據(jù)場可以傳輸各種類型的數(shù)據(jù)，如傳感器數(shù)據(jù)、控制命令等。

5. CRC場（CRC Field）

CRC場是CAN數(shù)據(jù)幀中用于錯誤檢測的部分。它由15位組成，其中前12位為CRC序列（CRC Sequence），后3位為CRC界定符（CRC Delimiter）。CRC序列是通過對數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗（Cyclic Redundancy Check）計算得到的，用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯誤。CRC界定符是一個固定的位模式，用于標識CRC序列的結束。

6. ACK場（Acknowledgment Field）

ACK場是CAN數(shù)據(jù)幀中用于確認數(shù)據(jù)幀成功接收的部分。它由2位組成，其中第1位為應答位（ACK Slot），第2位為應答界定符（ACK Delimiter）。當接收節(jié)點成功接收并校驗數(shù)據(jù)幀后，它會在ACK場的應答位發(fā)送一個顯式的“0”位，表示數(shù)據(jù)幀已被成功接收。發(fā)送節(jié)點檢測到這個應答信號后，會認為數(shù)據(jù)幀傳輸成功。

7. EOF場（End of Frame Field）

EOF場是CAN數(shù)據(jù)幀的最后一個部分，用于表示數(shù)據(jù)幀的結束。它由7個隱式的“1”位組成，用于將數(shù)據(jù)幀與其他幀或空閑位區(qū)分開來。當CAN控制器或節(jié)點檢測到EOF場時，它們會認為當前數(shù)據(jù)幀傳輸結束，準備接收下一個數(shù)據(jù)幀或進入空閑狀態(tài)。

總結：

CAN數(shù)據(jù)幀由多個字段組成，每個字段都有其特定的作用。幀起始位表示數(shù)據(jù)幀的開始；仲裁場用于確定數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級；控制場描述數(shù)據(jù)幀的類型和長度；數(shù)據(jù)場傳輸實際數(shù)據(jù)；CRC場用于錯誤檢測；ACK場用于確認數(shù)據(jù)幀的成功接收；EOF場表示數(shù)據(jù)幀的結束。這些字段共同保證了CAN數(shù)據(jù)幀的可靠性、實時性和靈活性，使其成為汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用的通信協(xié)議。