CAN历史

年，BOSCH开始着手开发CAN总线；年，在SAE会议上，CAN总线正式发布；年，Intel和Philips推出第一款CAN控制器芯片；年，奔驰E是世界上第一款基于CAN总线系统的量产车型；年，Bosch发布CAN2.0标准，分CAN2.0A（11位标识符）和CAN2.0B（29位标识符）；年，ISO发布CAN总线标准（ISO），随后该标准主要有三部分：ISO-1：数据链路层协议ISO-2：高速CAN总线物理层协议ISO-3：低速CAN总线物理层协议

注意：ISO-2和ISO-3物理层协议不属于BOSCHCAN2.0标准。

年，BOSCH发布CANFD1.0标准（CANwithFlexibleData-Rate），CANFD定义了在仲裁后使用不同的数据帧结构，从而达到最高12Mbps数据传输速率。CANFD与CAN2.0协议兼容，可以与传统的CAN2.0设备共存于同样的网络。

CAN总线电气规格

CAN总线采用双线差分传输，两根导线分别为CAN_H、CAN_L，在总线空闲状态下，CANH和CANL的电压为2.5VCAN将逻辑“0”定义为显性位，将逻辑“1”定义为隐性位。发送显性位时，CANH为3.5，CANL为1.5V，即显性位的差分电压为2V。隐性位传输时CANH和CANL均为2.5V，表示隐性位的差分电压为0V。CANH和CANL线的物理端应加欧的CAN总线终端电阻，以避免任何信号反射。

图1CAN总线差分信号

CAN帧类型：

帧是一种定义的结构或格式，它在网络内承载有意义的数据（字节）。CAN有四种帧类型：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。

数据帧

数据帧包含要传输的实际数据。数据帧由提供有关消息的附加信息的字段组成，即仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、2位确认字段和帧结束。

有两种类型的数据帧

标准帧格式

扩展帧格式

两种格式的唯一区别是标准帧支持11位标识符，扩展帧支持由11位标识符和扩展18位标识符组成的29位标识符。IDE位在标准帧中为显性，在扩展帧中为隐性。

基本帧格式：

SOF-在总线空闲时，总线为隐性状态。帧起始由单个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。

Identifier-也称之为仲裁段，也代表消息优先级值越低，优先级越高。在CAN2.0A规范中，标识符为11位，而在CAN2.0B中变为了29位。这意味着在2.0B中可以存在更多不同类型的报文，但是也降低了总线的利用率。

RTR-远程传输请求。它对于数据帧是显性的，对于远程帧是隐性的。

IDE-单一标识扩展。它对标准帧显性，对扩展帧隐性。

R0-保留位。

DLC-数据长度。定义Data的长度。它是bit。

数据-要传输的数据，长度由DLC决定。

CRC-CRC又称循环冗余码校验，是检查帧传输错误的帧。由15个位的CRC顺序和1个位的CRC界定符组成，其CRC的计算范围包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段。

ACK-用于接收节点确认是否正常接收，由ACK槽和ACK界定符组成。

EOF-帧结束，由连续的7个隐性位组成。

IFS-帧间隔。它包含控制器将正确接收的帧移动到其正确位置所需的时间。

图3扩展帧格式

它与标准帧相同，但有一些附加字段。

SRR-替代反向请求。如果两个消息具有相同的11位标识符，则SRR位始终作为隐性位传输，以确保标准数据帧与扩展数据帧相比具有高优先级。除了11位标识符之外，它还包含一个18位标识符。

r1-保留位。

远程帧

远程帧类似于数据帧，但有两个不同之处。远程帧由接收器发送以向发送器请求数据。远程帧和数据帧之间的区别在于远程帧中不包含任何数据字段，因为它不用于数据传输。第二个区别是仲裁字段中的RTR位对于远程帧是隐性的。由于数据帧中的显性RTR位，如果两者都准备好同时发送，则数据帧将赢得仲裁。

错误帧

如果发送或接收节点检测到错误，它将立即停止发送并发送一个错误帧，该帧由一个由6个显性位组成的错误标志和由8个隐性位组成的错误标志定界符组成。

错误标志：

1.主动错误标志

2.被动错误标志

活动错误标志：当在CAN网络上检测到错误时由节点传输

被动错误标志：当在CAN网络上检测到主动错误时由节点传输。

错误计数器：如果在总线上检测到错误，则TEC或REC计数增加。

1.传输错误计数器（TEC）

2.接收错误计数器（REC）

当TEC和REC小于时，发送一个主动错误帧

当TEC或REC大于小于时，发送被动帧

当TEC大于时，节点进入总线关闭状态，此时无帧传输

图错误转换状态图

过载帧

过载帧包含两个字段Overloadflag和OverloadDelimiter。过载标志由六个显性位组成，后跟由其他节点生成的过载标志。过载定界符由八个隐性位组成。导致传输过载帧的过载条件有：

1.当接收方需要下一帧的延迟时。

2.在间歇期间检测到显性位时。

仲裁

仲裁是一种在多个节点同时准备传输消息时解决冲突的机制。只要总线空闲，任何节点都可以传输数据。如果多个节点准备同时传输数据，则对总线的访问会发生冲突，可以通过使用标识符进行仲裁来解决。在仲裁过程中，每个发送器都会将传输的位值与总线上的位值进行比较。如果位值相同，则节点继续传输位。如果传输的位值与总线值不同，则显性位会覆盖隐性位。

CAN消息的仲裁字段由1位或29位标识符和RTR位组成。具有最低值的标识符具有最高优先级。如果数据帧和远程帧具有相同的标识符并且同时准备发送数据，则数据帧具有高优先级，因为远程传输位（RTR）在数据帧中是显性的，而在远程帧中是隐性的。

消息级CAN总线错误控制机制

与其他协议相比，CAN协议是健壮的。如果检测到错误，则通过这些机制，节点传输错误帧并销毁传输的帧。

CRC错误

发送节点在发送CAN报文(数据帧或遥控帧)时，会对帧起始、仲裁段、控制段、数据段进行CRC计算，并将计算的结果放置在CRC段。接收节点在接收报文时对相同的段执行相同的CRC算法，如果计算结果与CRC段的数据不同，则接收节点检测出CRC错误。

ACK错误

节点在发送报文(数据帧或遥控帧)时，如果接收节点成功接收报文，那么接收节点会在ACK槽对应的时间段内向总线发送一个显性位，告知发送节点报文已正常接收。当发送节点在ACK槽时间内没有回读到显性位，则发送节点检测到ACK错误。

格式错误

报文中，固定形式的位场含有1个或多个非法位，包括数据帧或遥控帧的CRC界定符、ACK界定符、EOF、错误帧界定符、过载帧界定符，则节点检测为格式错误。

位时序

CAN总线的每一位分为四段。每个段由TQ组成。细分：

1.同步段2.传播段3.相位段1.相位段2

图5CAN位时序

1）同步段（SynchronizationSegment）：

长度固定，1个时间量子Tq；

一个位的传输从同步段开始；

同步段用于同步总线上的各个节点，一个位的跳边沿在此时间段内。

2）传播段（PropagationSegment）：

传播段用于补偿报文在总线和节点上传输时所产生的时间延迟；

传播段时长≥2×报文在总线和节点上传输时产生的时间延迟；

传播段时长可编程（1~8个时间量子Tq）。

3）相位缓冲段1（PhaseBufferSegment1）：

用于补偿节点间的晶振误差；

允许通过重同步对该段加长；

在这个时间段的末端进行总线状态的采样；

长度可编程（1~8个时间量子Tq）

）相位缓冲段2（PhaseBufferSegment2）：

用于补偿节点间的晶振误差；

允许通过重同步对该段缩短；

长度可编程（1~8个时间量子Tq）

采样点

位周期内的采样点决定了CAN总线电压是隐性还是显性。

以位周期的百分比表示，位置是从位周期的起点计算的，位于阶段1和阶段2之间。

处理位级错误

填充错误

CAN协议遵循NRZ编码进行传输。位间隔之间的逻辑电平不会改变。CAN需要逻辑电平转换以进行重新同步。因此，在5个相同的连续位之后发送1位相反的逻辑电平。这称为填充位，接收器识别它。

位错误

发送该位的节点始终监视总线。如果发送器发送的位与总线上的位值不同，则会生成错误帧。

CAN总线DB9引脚排列

CAN总线通常通过连接器访问

图6.CAN总线DB9引脚排列

Pin1：保留Pin2：CAN_LPin3：CANGNDPin：保留Pin5：CAN_SHLDPin6：GNDPin7：CAN_HPin8：保留Pin9：CAN_V+

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