CAN學(xué)習(xí)手記一

九、CAN的報(bào)文格式：

（關(guān)于這部分內(nèi)容，對(duì)于我下一步要進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)控制CAN總線是很重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。很郁悶的是搜了老半天只看見有文字?jǐn)⑹鲞@部分內(nèi)容的，不僅說得不系統(tǒng)完整，而且遠(yuǎn)沒有貼圖說明來的具體直觀。不過還好，搜到了一份E文版的CAN總線資料，再把這個(gè)資料詳細(xì)看了下，再做了整理，還是用圖來說明CAN傳輸?shù)膱?bào)文格式比較容易理解。老外寫的東西確實(shí)比國(guó)內(nèi)的好，這個(gè)不是我吹出來的，有興趣下了看看就知道了，見附件下載。）

CAN通信是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸協(xié)議，不是基于地址的傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議。當(dāng)一個(gè)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的其它點(diǎn)都可以為接受方，它們可以通過ID來作出對(duì)總線上傳送數(shù)據(jù)的處理（接收或者丟棄）。并且當(dāng)數(shù)據(jù)被正確接收到以后，接收方便會(huì)作出應(yīng)答響應(yīng)。CAN協(xié)議還有一個(gè)很實(shí)用的功能，就是總線上的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求其它節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送數(shù)據(jù)，這被稱作遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（RTR）。除此以外，CAN協(xié)議還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)總線新加入一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)無需更改原有的程序，新節(jié)點(diǎn)只要通過ID就可以知道是接收還是丟棄數(shù)據(jù)。

CAN協(xié)議定義了四種不同的幀。

1、數(shù)據(jù)幀，這個(gè)幀被用于當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)把信息傳送給系統(tǒng)的任何其它節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)束。

2、遠(yuǎn)程幀，此幀是基于數(shù)據(jù)幀格式，只要把RTR位設(shè)置成遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求（Remote Transmit Request），并且沒有數(shù)據(jù)場(chǎng)?？偩€上發(fā)送此幀后，表示請(qǐng)求接收與該幀ID相符的數(shù)據(jù)幀。遠(yuǎn)程幀由6個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)束。

3、錯(cuò)誤幀，任何單元監(jiān)測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)就發(fā)送錯(cuò)誤幀。錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場(chǎng)組成。第一個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤標(biāo)志，用做為不同站提供錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加；第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。

4、超載幀，節(jié)點(diǎn)需要增加時(shí)間來處理接收到的數(shù)據(jù)時(shí)便發(fā)送過載幀。超載幀包括兩個(gè)位場(chǎng)：超載標(biāo)志和超載界定符。

圖1 幀起始位

CAN總線傳輸?shù)钠鹗紟鐖D1。幀起始標(biāo)志數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的起始，由一個(gè)單獨(dú)的“顯性”位（0）組成。由控制芯片完成。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式

圖3 擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀格式

由圖2和圖3可以看到數(shù)據(jù)幀的兩種不同格式，兩種格式的差別只是它們的ID位數(shù)不同。

1、幀起始。

2、仲裁場(chǎng)，仲裁場(chǎng)包括標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）。

對(duì)于CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度為11位。RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須是顯性位，而在遠(yuǎn)程幀必須為隱性位。

對(duì)于CAN2.0，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁場(chǎng)不同。在標(biāo)準(zhǔn)格式中，仲裁場(chǎng)由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位組成。在擴(kuò)展格式中，仲裁場(chǎng)由29位標(biāo)識(shí)符和替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位（SRR）、標(biāo)志位（IDE）和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位組成。

仲裁場(chǎng)的作用之一是說明數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀發(fā)送目的地；之二是指出是數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀。

3、控制場(chǎng)，控制場(chǎng)由6個(gè)位組成，說明數(shù)據(jù)幀中有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。標(biāo)準(zhǔn)幀的最高位是IDE位，擴(kuò)展幀的最高位是保留位RB1，它們的次高位都是保留位RB0。低四位是DLC（Data Length Code）位，標(biāo)識(shí)傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（0-8字節(jié)）。

4、數(shù)據(jù)場(chǎng)，數(shù)據(jù)場(chǎng)由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0-8個(gè)字節(jié)。

5、CRC場(chǎng)，CRC場(chǎng)包括CRC序列，這部分由SJA1000控制芯片完成。

6、應(yīng)答場(chǎng)，應(yīng)答場(chǎng)長(zhǎng)度為兩個(gè)位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符。由SJA1000控制芯片自動(dòng)完成。

7、幀結(jié)束，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。這部分由SJA1000控制芯片自動(dòng)完成。

仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)由軟件編程配置SJA1000完成；幀起始、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)、幀結(jié)束由CAN總線控制芯片SJA1000自動(dòng)完成。

十、CAN的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)：

不同于其它總線,CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實(shí)上,它可以將發(fā)生的任何錯(cuò)誤用信號(hào)發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯(cuò)誤的方法,其中前三種為基于報(bào)文內(nèi)容檢查。

1、循環(huán)冗余檢查(CRC)

在一幀報(bào)文中加入冗余檢查位可保證報(bào)文正確。接收站通過CRC可判斷報(bào)文是否有錯(cuò)。

2、幀檢查

這種方法通過位場(chǎng)檢查幀的格式和大小來確定報(bào)文的正確性,用于檢查格式上的錯(cuò)誤。

3、應(yīng)答錯(cuò)誤

如前所述,被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認(rèn)。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答,那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯(cuò)誤,也就是說,ACK場(chǎng)已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測(cè)錯(cuò)誤。

4、總線檢測(cè)

有時(shí),CAN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)自己發(fā)出的信號(hào)。因此,發(fā)送報(bào)文的站可以觀測(cè)總線電平并探測(cè)發(fā)送位和接收位的差異。

5、位填充

一幀報(bào)文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率。然而,如果在一幀報(bào)文中有太多相同電平的位,就有可能失去同步。為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個(gè)連續(xù)相等位后,發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位;接收時(shí),這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如,五個(gè)連續(xù)的低電平位后,CAN自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯(cuò)誤,如果在一幀報(bào)文中有6個(gè)相同位,CAN就知道發(fā)生了錯(cuò)誤。

如果至少有一個(gè)站通過以上方法探測(cè)到一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤,它將發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志終止當(dāng)前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯(cuò)誤的報(bào)文,并保證網(wǎng)絡(luò)上報(bào)文的一致性。當(dāng)大量發(fā)送數(shù)據(jù)被終止后,發(fā)送站會(huì)自動(dòng)地重新發(fā)送數(shù)據(jù)。作為規(guī)則,在探測(cè)到錯(cuò)誤后23個(gè)位周期內(nèi)重新開始發(fā)送。在特殊場(chǎng)合,系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間為31個(gè)位周期。

但這種方法存在一個(gè)問題,即一個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤的站將導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)被終止,其中也包括正確的數(shù)據(jù)。因此,如果不采取自監(jiān)測(cè)措施,總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。為此,CAN協(xié)議提供一種將偶然錯(cuò)誤從永久錯(cuò)誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法。這種方法可以通過對(duì)出錯(cuò)站統(tǒng)計(jì)評(píng)估來確定一個(gè)站本身的錯(cuò)誤并進(jìn)入一種不會(huì)對(duì)其它站產(chǎn)生不良影響的運(yùn)行方法來實(shí)現(xiàn),即站可以通過關(guān)閉自己來阻止正常數(shù)據(jù)因被錯(cuò)誤地當(dāng)成不正確的數(shù)據(jù)而被終止。

6、CAN可靠性

為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯(cuò)誤而對(duì)司機(jī)造成危險(xiǎn),汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋?或者殘留下來的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話,這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看,可靠性可以理解為,對(duì)傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的識(shí)別能力。

殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的概率可以通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計(jì)測(cè)量獲得。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測(cè)出來的概率。殘余數(shù)據(jù)錯(cuò)誤概率必須非常小,使其在系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi),按平均統(tǒng)計(jì)時(shí)幾乎檢測(cè)不到。計(jì)算殘余錯(cuò)誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行分類 ,并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯(cuò)誤概率,我們可將殘留錯(cuò)誤的概率作為具有80～90位的報(bào)文傳送時(shí)位錯(cuò)誤概率的函數(shù),并假定這個(gè)系統(tǒng)中有5～10個(gè)站,并且錯(cuò)誤率為1/1000,那么最大位錯(cuò)誤概率為10—13數(shù)量級(jí)。例如,CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1Mbps,如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50%,那么對(duì)于一個(gè)工作壽命4000小時(shí)、平均報(bào)文長(zhǎng)度為 80位的系統(tǒng),所傳送的數(shù)據(jù)總量為9×1010。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi),不可檢測(cè)的傳輸錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)平均小于10—2量級(jí)。換句話說,一個(gè)系統(tǒng)按每年365 天,每天工作8小時(shí),每秒錯(cuò)誤率為0. 7計(jì)算,那么按統(tǒng)計(jì)平均,每1000年才會(huì)發(fā)生一個(gè)不可檢測(cè)的錯(cuò)誤。