第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析

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1、CAN技术协议 5.1 5.1、CANCAN总线简总线简介介 5.25.2、CANCAN总线总线通信模式通信模式 5.35.3、CANCAN总线总线的性能特点的性能特点 5.45.4、CANCAN总线总线技技术规术规范范第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.15.1、CANCAN总线简介介 控控制制器器局局域域网网络（Controller Controller Area Area Network Network 简称称CANCAN）主主要要用用于于各各种种过程程（设备）监测及及控控制制。CANCAN最最初初是是由由德德国国的的BoschBosch公公司司为汽汽车的的监测与与控控制制设计的

2、的，但但由由于于CANCAN总线本本身身的的突突出出特特点点，其其应用用领域域目目前前已已不不再再局局限限于于汽汽车行行业，而而向向过程程工工业、机机械械工工业、机机器器人人、数数控控机机床床、医医疗器器械械及及传感感器器等等领域域发展展。由由于于其其高高性性能能、高高可可靠靠性性及及独独特特的的设计，CANCAN总线越越来来越越受受到到人人们的的重重视，国国际上上已已经有有很很多多大大公公司司的的产品品采采用用了了这一一技技术。CANCAN已已经形形成成国国际标准准（ISO11898ISO11898），并已成并已成为工工业数据通信的主流技数据通信的主流技术之一。之一。 第5章控制器局域网CA

3、N总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式 第一，“载波监测，多主掌控/冲突避免 这就就允允许在在总线上上的的任任一一设备有有同同等等的的机机会会取取得得总线的的控控制制权来来向向外外发送送信信息息。如如果果在在同同一一时刻刻有有两两个个以以上上的的设备欲欲发送送信信息息，就就会会发生生数数据据冲冲突突，CANCAN总线能能够实时地地检测这些些冲冲突突情情况况并作出相并作出相应的仲裁而不会破坏待的仲裁而不会破坏待传之信息；之信息； 第二，信息报文在传送时不是基于目的站点地址； 这就就允允许不不同同的的信信息息以以“广广播播”的的形形式式发送送到到所所有有节点点并并且且可可在不改在不改变信息

4、格式的前提下信息格式的前提下对报文文进行不同配置行不同配置； 第三，CAN总线是一种高速的，具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式一、一、CSMA/CDCSMA/CD载波波监测，多主掌控，多主掌控/ /冲突避免冲突避免 “载波波监测”的的意意思思是是指指在在总线上上的的每每个个节点点在在发送送信信息息报文前都必文前都必须监测到到总线上有一段上有一段时间的空的空闲状状态。 “多多主主掌掌控控”的的意意思思是是一一旦旦此此一一空空闲状状态被被监测到到，那那么么每每个个节点都有均等的机会来点都有均等的机会来发送送报文

5、。文。 “冲冲突突避避免免”是是指指在在两两上上节点点同同时发送送信信息息时，节点点本本身身首首先先会会检测到到出出现冲冲突突，然然后后采采取取相相应的的措措施施来来解解决决这一一冲冲突突情情况况。此此时优先先级高高的的报文文先先发送送，低低优先先级的的报文文发送送会会暂停停。在在CANCAN总线协议中中是是通通过一一种种非非破破坏坏性性的的仲仲裁裁方方式式来来实现冲冲突突检测。这也也就就意意味味着着当当总线出出现发送送冲冲突突时，通通过仲仲裁裁后后原原发送送信信息息不不会会受受到到任任何何影影响响。所所有有的的仲仲裁裁判判别都都不不会会破破坏坏优先先级高高的的报文文信信息内容，也不会息内容，

6、也不会对其其发送送产生任何的生任何的时延。延。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式如何实现非破坏性的位仲裁？ 为了了达达到到这种种“非非破破坏坏性性的的位位仲仲裁裁方方式式”，CANCAN总线协议必必须满足足一一些些前前提提条条件件。首首先先，必必须定定义两两种种逻辑状状态在在这里里叫叫作作“支支配配位位（DOMINANTDOMINANT）” ( (又又称称“显性性”电平平) )和和“顺从从位位（RECESSIVERECESSIVE）”（又又称称 “隐性性”电平平）；然然后后，节点点在在发送送过程程中中必必须检测刚刚发出出的的状状态是是否否就就是是信信息息中中所

7、所描描述述的的内内容容。在在CANCAN总线的的定定义中中，逻辑0 0为支支配配位位，逻辑1 1为顺从位。从位。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式如何冲突仲裁？ 支支配配位位一一定定会会在在和和顺从从位位的的判判别过程程中中获胜，换句句话说，报文文标记区区（报文文仲仲裁裁专用用区区域域）的的值越越小小，其其优先先级就就越越高高。举个个例例子子，假假定定有有两两个个节点点在在同同一一时刻刻发送送一一个个报文文，每每个个节点点都都会会监测总线以以便便了了解解欲欲发送送的的信信息息状状态是是否否确确实出出现在在总线上上。一一个个优先先级较低低的的报文文在在某某一一

8、时刻刻会会发送送一一个个“顺从从位位”但但是是检测回回来来的的却却是是“支支配配位位”。此此时这个个节点点被被仲仲裁裁为发送送权取取消消，立立刻刻停停止止发送送报文文的的工工作作。优先先级较高高的的报文文继续发送送直直到到完完整整的的报文文发送送完完毕。在在刚才才冲冲突突仲仲裁裁中中被被取取消消发送送权的的节点点将将等等待待总线的下一个空的下一个空闲期并自期并自动地再次地再次尝试发送。送。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式二、基于报文的通讯 CANCAN总线是是一一个个基基于于报文文而而不不是是基基于于站站点点地地址址的的协议。也也就就是是说报文文不不是是按按

9、照照地地址址从从一一个个节点点传送送到到另另一一个个节点点。CANCAN总线上上报文文所所包包含含的的内内容容只只有有优先先级标志志区区和和欲欲传送送的的数数据据内内容容。所所有有节点点都都会会接接收收到到在在总线上上传送送的的报文文，并并在在正正确确接接后后发出出应答答确确认。至至于于该报文文是是否否要要做做进一一步步的的处理理或或被被丢弃弃将将完完全全取取决决于于接接收收节点点本本身身。同同一一个个报文文可可以以发送送给特特定定的的站站点点或或许多站点，就看你怎多站点，就看你怎样去去设计你的网你的网络和系和系统。 基基于于报文文的的这种种协议另另外外一一个个好好处是是新新的的节点点可可以以

10、随随时方方便便地地加加入入到到现有有的的系系统中中，而而不不需需对所所有有节点点进行行重重新新编程程以以便便它它们能能识别这一一新新节点点。一一旦旦新新节点点加加入入到到网网络中中，它它就就开开始始接收信息，判接收信息，判别信息信息标识，然后决定是否作，然后决定是否作处理或直接理或直接丢弃。弃。 如何去实现？第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式 CANCAN总协议另另外外一一个个有有用用的的特特性性是是一一个个节点点可可以以主主动要要求求其其它它节点点发送送信信息息。这种种特特性性叫叫做做“远端端发送送请求求”（RTRRTR）。 和和上上例例不不同同之之处在在于

11、于，节点点并并不不等等待待信信息息的的到到来，而是主来，而是主动去索取。去索取。 如如，汽汽车中中的的中中央央安安全全系系统会会频繁繁地地更更新新一一些些象象安安全全气气袋等关袋等关键传感器的信息。感器的信息。 但但是是有有些些信信息息如如油油压传感感器器或或电池池电压传感感器器可可能能不不会会也也不不需需要要经常常收收到到。为了了确确保保了了解解这些些设备是是否否工工作作正正常常，系系统必必须定定期期地地要要求求此此类设备发送送相相关关的的信信息息以以便便检查整整个个系系统的的工工作作情情况况。设计人人员就就可可以以利利用用这一一“远端端发送送请求求”特特性性来来减减少少网网络的的数数据据通

12、通讯量量，同同时维持持整整个个系系统的的完完整整性。性。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式 CAN总线定义了四种不同的帧,用于总线通讯。 1 1、最最常常用用的的是是“数数据据帧”，用用于于一一个个节点点传送送信信息息到到其其它它任一或所有任一或所有节点；点； 2 2、“远端端帧”，基基本本上上是是一一个个数数据据帧但但其其中中的的RTRRTR位位被被置置1 1，表表明明这是是一一个个“远端端发送送请求求”，用用于于一一个个节点点主主动要要求求其其它它节点点发送信息；送信息； 3 3 、“错误帧”，如如果果节点点在在接接收收过程程中中检测到到任任一一在在CA

13、NCAN总线协议中定中定义了的了的错误信息，它就会信息，它就会发送一个送一个错误帧。 4 4、“过载帧”，当当一一个个节点点正正忙忙于于处理理接接收收的的信信息息，需需要要额外外的的等等待待时间接接收收下下一一报文文时，可可以以发送送过载帧，通通知知其其它它节点点暂缓发送新送新报文。文。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式三、CAN总线是一种高速的，具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络 （1 1）高高速速性性： CANCAN总线一一开开始始是是为汽汽车工工业而而设计的的，如如果果要要使使这一一市市场能能够接接受受它它，一一个个能能高高效效处理理出出

14、错情情况况的的通通讯协议是是至至关关重重要要的的。在在发布布了了2.0B2.0B版版的的CANCAN总线技技术规范范后后，其其最最大大的的通通讯速速率率已已经比比1.01.0版版提提高高了了8 8倍倍，达达1M1M位位/ /秒秒, ,在在这种种速速率率下下，即即便便是是对时间要要求求非非常常关关键的的参参数数也也可可以以通通过CANCAN总线传输而不必担心其而不必担心其时延。延。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式（2 2）CANCAN总线协议有一套完整的差有一套完整的差错管理机制管理机制 能能够自自动地地检测出出这些些错误信息，由此保信息，由此保证了被了被传信

15、信息的正确必性和完整性。息的正确必性和完整性。错误类型发送送错误可通可通过“CRCCRC出出错”检测到；到；普通接收普通接收错误可通可通过“应答出答出错”检测到；到；CANCAN报文格式文格式错误可通可通过“格式出格式出错”检测到；到；CANCAN总线信号信号错误可通可通过“位出位出错”检测到；到；同步和定同步和定时错误可通可通过“阻塞出阻塞出错”检测到。到。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.2 CAN总线的通信模式 每每个个CANCAN总线上上的的节点点都都有有一一个个出出错计数数器器用用以以记录各各种种错误发生生的的次次数数。取取决决于于出出错的的严重重性性，通通过这些些计数数

16、器器就就可可以以确确认这些些节点是否点是否应工作到降工作到降级模式；模式； 总线上上的的节点点可可以以从从正正常常工工作作模模式式（正正常常收收发数数据据和和出出错信信息息）降降级到到消消极极工工作作模模式式（只只有有在在总线空空闲时才才能能取取得得控控制制权），或者到关断模式（和，或者到关断模式（和总线隔离）。隔离）。 CANCAN总线上上各各节点点还有有能能力力监测是是短短期期的的干干扰还是是永永久久性性的的故故障障，并并采采取取相相关关的的应对措措施施，这种种特特性性被被叫叫做做“故故障障界界定定隔隔离离”。采采取取了了这种种故故障障界界定定隔隔离离措措施施后后，故故障障节点点将将会会被

17、被及及时关关断断，不不会会永永久久占占用用总线。这一一点点对关关键信信息息能能在在总线上上畅通通无阻地无阻地传送是非常重要的。送是非常重要的。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.3 CAN5.3 CAN总线的技的技术特点特点 由由于于其其采采用用了了许多多新新技技术及及独独特特的的设计与与一一般般的的通通信信总线相相比比，CANCAN总线的的数数据据通通信信具具有有突突出出的的可可靠靠性性、实时性性和和灵活性。其特点可概括如下：灵活性。其特点可概括如下： 1.CAN1.CAN为多多主主工工作作方方式式，网网络上上任任意意以以节点点均均可可在在任任意意时刻刻主主动的地向网的地向网络上其

18、它上其它节点点发送信息，而不分主从。送信息，而不分主从。 2.CAN2.CAN网网络上上的的节点点信信息息分分为不不同同的的优先先级，可可满足足不不同同的的实时要求，高要求，高优先先级的数据最多可在的数据最多可在134s134s内得到内得到传输。 3.CAN3.CAN采采用用非非破破坏坏性性总线仲仲裁裁技技术，当当多多个个节点点同同时向向总线发送送信信息息时，优先先级较低低的的节点点会会主主动退退出出发送送，而而最最高高优先先级的的节点可不受影响的点可不受影响的继续传输数据。数据。 4.CAN4.CAN程程序序通通过报文文滤波波即即可可实现点点对点点、一一点点对多多点点及及全全局局广播等几种方

19、式广播等几种方式传送接收数据，无需送接收数据，无需专门的的“调度度”。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.3 CAN5.3 CAN总线的技的技术特点特点 5.CAN5.CAN的的直直线通通信信距距离离最最长可可达达10km10km（速速率率5Kbps5Kbps以以下下），通通信速率最高可达信速率最高可达1Mbps1Mbps（此（此时通信距离最通信距离最长为40m40m）6.CAN6.CAN上上的的节点点数数主主要要取取决决于于总线驱动电路路，目目前前可可达达128128个个；报文文标识符符可可达达20322032种种（CAN2.0ACAN2.0A），而而扩展展标准准（CAN2.0BC

20、AN2.0B）的）的报文文标识符几乎不受限制。符几乎不受限制。7.7.采采用用短短帧结构构，传输时间短短，受受干干扰概概率率低低，具具有有良良好好的的检错效果。效果。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.3 CAN5.3 CAN总线的技的技术特点特点 8.CAN8.CAN的的每每帧信信息息都都有有CRCCRC校校验及及其其它它检错措措施施，保保证了了数数据出据出错率极低。率极低。9.CAN9.CAN的的通通信信介介质可可为双双绞线、同同轴电缆或或光光纤，选择灵灵活。活。10.CAN10.CAN节点点在在错误严重重的的情情况况下下具具有有自自动关关闭输出出的的功功能能，以使以使总线上其它上

21、其它节点的操作不受限制。点的操作不受限制。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN总线的技术规范 随随着着CANCAN在在各各种种领域域的的应用用和和推推广广，对其其通通信信格格式式的的标准准化化提提出出了了要要求求。为此此，19911991年年9 9月月Philips Philips SemiconductorsSemiconductors制制 定定 并并 发 布布 了了 CANCAN技技 术 规 范范（Version 2.0Version 2.0）。）。该技技术规范包括范包括A A和和B B两部分：两部分：1.1.CANCAN技技术规范范2.0A2.0A给出了出了报文文标准格

22、式；准格式；2.2.CANCAN技技术规范范2.0B2.0B给出出标准和准和扩展的两种展的两种报文格式。文格式。 这里主要介里主要介绍CANCAN技技术规范范2.0B2.0B 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN总线的技术规范 5.4.1 CAN的分层结构5.4.2 CAN报文传送及总线上的位电平表示5.4.3 CAN总线报文的帧结构5.4.4 错误类型和界定5.4.5 位定时与同步第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5.4.1 CAN的分层结构 为了了使使设计透透明明和和执行行灵灵活活，遵遵循循ISO/OSIISO/OS

23、I标准准模模型型，CANCAN分分为数数据据链路路层（包包括括逻辑链路路层LLCLLC和和媒体媒体访问控制控制层MACMAC）和物理）和物理层， 在在CANCAN技技术规范范2.0A2.0A的的版版本本中中，数数据据链路路层的的LLCLLC和和MACMAC子子层的的服服务和和功功能能被被描描述述为“目目标层”和和“传输层”。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 媒媒体体访问控控制制子子层MACMAC子子层的的功功能能主主要要是是传送送规则，以以及及控控制制帧结构构、执行行仲仲裁裁、错误检测、出出错标定定和和故故障障界界定定。MACMAC子子

24、层也也要要确确定定为开开始始一一次次新新的的发送送，总线是是否否开开放放或或者者是是否否马上上开开始始接接收收，位位定定时也也是是MACMAC子子层的的一一部部分分。物物理理层的的功功能能是是有有关全部关全部电气特性不同的气特性不同的节点点间位的位的实际传送。送。 逻辑链路路子子层LLCLLC子子层的的主主要要功功能能是是报文文滤波波、超超载通知和恢复管理。通知和恢复管理。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 图1.CAN1.CAN的分的分层结构和功能构和功能第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规

25、范范 5.4.2 CAN报文传送及总线上的位电平表示（1 1）进行数据行数据传送送时，发出出报文的文的单元成元成为该报文的文的发送器。送器。该单元在元在总线空空闲或或丢失仲裁前恒失仲裁前恒为发送器。送器。（2 2）如如果果一一个个单元元不不是是报文文发送送器器，并并且且总线不不出出现空空闲状状态，则该单元元为接收器。接收器。 对于报文接收器和发送器，报文的实际有效时刻是不同的。 （1 1）对于于发送送器器而而言言，如如果果直直到到帧结束束末末尾尾一一直直未未出出错，则对于于发送送器器报文文有有效效。如如果果报文文受受损，将将允允许按按照照优先先权顺序序自自动重重发，为了了能能同同其其它它总线访

26、问竞争争，总线一一旦旦空空闲。重重发送立即开始。送立即开始。 （2 2）对于于报文文接接收收器器而而言言，如如果果直直到到帧结束束的的最最后后一一位位一一直未出直未出错，则对于接收器于接收器报文有效。文有效。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 当当发送送器器在在发送送的的位位流流中中检测到到5 5为连续的的相相同同数数值时，将将自自动的的在在实际发送送的的位位流流中中插插入入一一个个补码位位。而而数数据据帧和和远程程帧的的其其余余位位场则采采用用固固定定格格式式，不不进行行填填充充，出出错帧和和超超载帧同同样是是固定格式。固定格式。 位填

27、充位填充规则 构构成成一一帧的的帧起起始始、仲仲裁裁场、控控制制场、数数据据场和和CRCCRC序列均借助位填充序列均借助位填充规则进行行编码。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 报文文中中的的位位流流是是按按照照非非归零零（NZRNZR）码方方法法编码的的，这意意味味着着一一个个完完整整的的位位电平平要要么么是是显性性，要要么么是是隐性。性。 在在“隐性性”状状态下下，VcanhVcanh和和VcanlVcanl被被固固定定于于平平均均电压电平平，VdiffVdiff近近似似为零零。在在总线空空闲或或“隐性性”位位期期间，发送送“隐性性”

28、状状态。“显性性”状状态以以大大于于最小最小阀值的差分的差分电压表示。表示。 如如图2 2所所示示。在在“显性性”位位期期间，“显性性”状状态改写改写“隐性性”状状态并并发送。送。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.3 CAN5.3 CAN总线的技的技术规范范 图2.2.总线上的位上的位电平表示平表示 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5.4.3 CAN5.4.3 CAN总线报文的文的帧结构构 CANCAN总线的的报文文传送由送由4 4种不同种不同类型的型的帧表示和控制：表示和控制：数据数据帧携携带数据由数据由发送器至接收器；送

29、器至接收器；远程程帧通通过总线单元元发送，以送，以请求求发送具有相同送具有相同标识符的数据符的数据帧；出出错帧由由检测出出总线错误的任何的任何单元元发送；送；超超载帧用于提供当前的和后用于提供当前的和后续的数据的数据帧的附加延的附加延迟。 数据数据帧和和远程程帧借助借助帧间空空间和当前和当前帧分开。分开。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 1、数据帧 数数据据帧由由7 7个个不不同同的的位位场组成成，即即帧起起始始、仲仲裁裁场、控控制制场、数数据据场、CRCCRC场、应答答场和和帧结束束。数数据据长度度可可为0 0。CANCAN技技术规范

30、范2.0B2.0B数据数据帧的的组成如成如图3 3所示。所示。 图3.3.数据数据帧的的组成成 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 在在CANCAN技技术规范范2.0B2.0B中存在两种不同的中存在两种不同的帧格式，格式，其主要区其主要区别在于在于标识符的符的长度，具有度，具有1111位位标识符的符的帧称称为标准准帧，而包括，而包括2929位位标识符的称符的称为扩展展帧。标准准格式和格式和扩展格式的数据展格式的数据帧结构如构如图4 4，图5 5所示。所示。 图4.4.标准格式的数据准格式的数据帧 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.

31、4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 图4.4.扩展格式的数据展格式的数据帧 SRR:SRR:替代替代远程程请求求IDE:IDE:标识位位扩展位展位RTR:RTR:远程程发送送请求位求位第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 CANCAN技技术规范范2.0B2.0B对报文文滤波波特特别加加以以描描述述，报文文滤波波器器以以整整个个标识符符位位基基准准。屏屏蔽蔽寄寄存存器器可可用用于于选择一一组标识符符，以以便便映映像像至至接接收收缓存存器器中中，屏屏蔽蔽寄寄存存器器每每一一位位都都必必须是是可可编程程的的，它它的的长度度可可以以是是整个

32、整个标识符，也可以符，也可以仅是其中一部分。是其中一部分。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （1 1）帧起起始始（SOFSOF）标志志数数据据帧和和远程程帧的的起起始始，它它仅由由一一个个显性性位位构构成成，只只有有在在总线处于于空空闲状状态时，才才允允许单元元开开始始发送送。所所有有单元元都都必必须同同步步于于首首先先开开始始发送的那个送的那个单元的元的帧起始前沿。起始前沿。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 图6.6.仲裁仲裁场组成成（2 2）仲仲裁裁场由由标识符符和和远程程发送

33、送请求求位位（RTRRTR）组成成，如如图6 6所示。所示。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 对于于CANCAN技技术规范范2.0A2.0A，标识符符的的长度度为1111位位，这些些位位一一从从高高位位到到低低位位的的顺序序发送送，最最低低位位为ID.0ID.0，其其中中最最高高7 7位位不不能能全全为隐性性。RTRRTR位位在在数数据据帧中中必必须为显性，而在性，而在远程程帧中必中必须为隐性。性。 CANCAN技技术规范范2.0A2.0A数据数据帧第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范

34、对于于CANCAN技技术规范范2.0B2.0B，标准准格格式式和和扩展展格格式式的的仲仲裁裁场不不同同，在在标准准格格式式中中，1111位位标识符符和和远程程发送送请求求位位RTRRTR组成成，标识符符位位为ID.28-ID.18ID.28-ID.18； RTRRTR位位在在数数据据帧中必中必须为显性，而在性，而在远程程帧中必中必须为隐性。性。 为区区别标准准格格式式和和扩展展格格式式，将将CANCAN技技术规范范2.0A2.0A中的中的r 1r 1改改记为IDEIDE位，位， CANCAN技技术规范范2.0B2.0B的的标准格式准格式第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.

35、4 CAN总线的技的技术规范范 对于于CANCAN技技术规范范2.0B2.0B，在，在扩展格式中，展格式中， 仲裁仲裁场:29:29位位标识符符ID.28-ID.0 ; ID.28-ID.0 ; 替代替代远程程请求求SRRSRR位（位（隐性位）性位）; ; 标识位位扩展位展位IDEIDE（隐性位）性位）; ; 远程程发送送请求位求位RTR RTR 。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 SRRSRR的的全全称称是是“替替代代远程程请求求位位（Substitute Substitute Remote Remote Request Request

36、 BITBIT）”，SRRSRR是是一一隐性性位位。它它在在扩展展格格式式的的标准准帧RTRRTR位位上上被被发送送，并并代代替替标准准帧的的RTRRTR位位。因因此此，如如果果扩展展帧的的基基本本IDID和和标准准帧的的识别符符相相同同，标准准帧与与扩展展帧的的冲冲突突是是通通过标准准帧优先先于于扩展展帧这一途径得以解决的。一途径得以解决的。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 IDEIDE的的 全全 称称 是是 “识 别 符符 扩 展展 位位 （ Identifier Identifier Extension Extension BitB

37、it）”，对于于扩展展格格式式，IDEIDE位位属属于于仲仲裁裁场；对于于标准准格格式式，IDEIDE位位属属于于控控制制场。标准准格格式式里里的的IDEIDE位位为“显性性”，而而扩展展格格式式里里的的IDEIDE位位为“隐性性”。通通过判判别SRRSRR和和IDEIDE是是否否均均为隐性性识别为扩展展格式，而不是格式，而不是标准格式的数据准格式的数据帧或或远程程帧。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 CAN2.0BCAN2.0B的的扩展展帧和和CAN2.0ACAN2.0A和和CAN2.0BCAN2.0B的的标准准帧一一样，在在数数据据帧

38、中中RTRRTR位位必必须为显性性，而而在在远程程帧中中必必须为隐性。性。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （3）控制场由由6 6位位组成成，由由图可可见，控控制制场包包括括数数据据长度度码和和两两个个保保留留位位，这两两个个保保留留位位必必须发送送显性性位位，但但接接收收器器认可可显性性和和隐性性的的全全部部组合合。数数据据长度度码DLCDLC指指出出数数据据场的的字字节数数目目。数数据据长度度码为四四位位，在在控控制制场中中被被发送送，数数据据字字节的的允允许使使用用数数目目为0-80-8，不不能使用其它数能使用其它数值。 图7.7

39、.控制控制场的的组成成 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （4 4）数数据据场是是又又数数据据帧中中被被发送送的的数数据据组成成，它它可可包包括括0-80-8个个字字节，每每个个字字节8 8位位，首首先先发送送的的是是最高有效位。最高有效位。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （5 5）CRCCRC场包包括括CRCCRC序序列列，后后随随CRCCRC界界定定符符。CRCCRC场结构构如如图8 8所所示示。CRCCRC序序列列由由循循环冗冗余余码求求得得的的帧检查序序列列组成成，最最适适

40、用用于于位位数数小小于于127127（BCHBCH码）的的帧。CRCCRC序序列列之之后后是是CRCCRC界界定定符符，包包含含一一个个单独独的的“隐性位性位”图8.CRC8.CRC场结构构 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （6）应答场（ACK）为两两位位，包包括括应答答间隙隙和和应答答界界定定符符，如如图9 9所所示示。在在应答答场中中，发送送器器送送出出两两个个隐性性位位。一一个个正正确确地地接接收收到到有有效效报文文的的接接收收器器，在在应答答间隙隙，将将此此信信息息通通过发送送一一个个显性性位位报告告给发送送器器。所所有有接接收

41、收到到匹匹配配CRCCRC序序列列的的站站，通通过在在应答答间隙隙内内把把显性性位位写写入入发送送器器的的隐性性位位来来报告告。应答答界界定定符符是是应答答场的的第第二二位位，并并且且必必须是是隐性性位位，第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 （7 7）帧结束：每个数据束：每个数据帧和和远程程帧均由均由7 7个个隐性位性位组成的成的标志序列界定。志序列界定。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 2、远程帧 激活激活为数据接收器的站可以借助于数据接收器的站可以借助于传送一个送一个远程程帧初始化

42、各自源初始化各自源节点数据的点数据的发送。送。远程程帧由由6 6个不同位个不同位场组成：成：帧起始、仲裁起始、仲裁场、控制、控制场、CRCCRC场、应答答场和和帧结束。束。远程程帧和数据和数据帧的的结构基本相同，其构基本相同，其RTRRTR位位为隐性位，且不存在数据性位，且不存在数据场，远程程帧组成如成如图1010所示。所示。 图10.10.远程程帧组成成第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 3、出错帧 出出错帧由由两两个个不不同同场组成成，第第一一个个由由来来自自各各站站的的错误标识迭迭加加而而得得到到，后后随随的的第第二二个个场是是出出错

43、界界定定符符，( (包括包括8 8个个隐性位性位) )。图11.11.出出错帧的的组成成第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 错误标志具有两种形式：志具有两种形式： （1 1）激活）激活错误标志（志（active error flagactive error flag）：激活）：激活错误标志由志由6 6个个连续的的显性位性位组成。成。 （2 2）认可可错误标志（志（passive error flagpassive error flag）：）：认可可错误标志由志由6 6个个连续的的隐性位性位组成，除非被来自其它成，除非被来自其它节点的点的显性

44、位冲掉。性位冲掉。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 检测到到错误条条件件的的“错误激激活活”站站通通过发送送错误激激活活标志志指指示示错误。错误标志志的的格格式式破破坏坏了了从从帧起起始始到到CRCCRC界界定定符符的的位位填填充充规则，也也破破坏坏了了应答答场或或帧结束束场的的固固定定格格式式。因因此此，所所有有其其他他的的站站由由此此检测到到错误条条件件并并开开始始发送送错误标志志。因因此此，“显性性”位位序序列列的的形形成成就就是是各各个个站站发送送的的不不同同错误标志志加加叠叠在在一一起起的的结果。果。这个序列的个序列的总长度最

45、小度最小为6 6个位，最大个位，最大为1212个位。个位。 检测到到错误条件的条件的“错误认可可”的站的站试图通通过发送送错误认可可标志指示志指示错误。该“错误认可可”站以站以错误认可可标志志为起点，等待起点，等待6 6个相同极性的个相同极性的连续位。当位。当这6 6个相同的位被个相同的位被检测到到时，错误认可可标志的志的发送就完成送就完成了。了。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN总线的技术规范 出出错界定符包括界定符包括8 8个个隐性位。性位。错误标志志发送后，送后，每个站都送出每个站都送出1 1个个隐性位，并性位，并监视总线，直到，直到检测到到1 1个个隐性位性位为止

46、，然后开始止，然后开始发送剩余的送剩余的7 7个个隐性位。性位。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 4、超载帧 超超载帧包包括括两两个个位位场：超超载标志志和和超超载界界定定符符，如如图1212所所示示。存存在在两两种种导致致发送送超超载标志志的的超超载条条件件：一一个个是是要要求求延延迟下下一一个个数数据据帧或或远程程帧的的接接收收器器的的内内部部条条件件；另另一一个个是是在在间隙隙场检测到到显性性位位。超超载标志志由由6 6个个显性性位位组成成，超超载界界定定符符由由8 8个个隐性位性位组成。成。图12.12.超超载帧的的组成成第5章

47、控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5、帧间空间 数数据据帧、远程程帧、出出错帧或或超超载帧，均均以以称称之之为帧间空空间的的位位场分分开开。而而在在超超载帧和和出出错帧前前面面没没有有帧间空空间，并并且且多多个个超超载帧前前面面也也不不被被帧间空空间分隔。分隔。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 帧间空空间包包括括间歇歇场和和总线空空闲场，对于于前前面面已已经发送送报文文的的“错误认可可”站站还有有暂停停发送送场，如如图1313，图1414所示。所示。 图13. 13. 非非“错误认可可”

48、帧间空空间图14.14.“错误认可可”的站的站帧间空空间第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 间歇歇场由由3 3个个隐性性位位组成成，间歇歇期期间，不不允允许启启动发送数据送数据帧或或远程程帧，它，它仅起起标注超注超载条件的作用。条件的作用。 总线空空闲场周周期期可可为任任意意长度度，此此时总线是是开开放放的，因此任何需要的，因此任何需要发送的站均可送的站均可访问总线。 暂停停发送送场是是指指：错误认可可站站发送送完完一一个个报文文后后，在在下下一一次次报问发送送认可可总线空空闲之之前前，它它紧随随间歇歇场后送出的后送出的8 8个个隐性位。性

49、位。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5.4.4 错误类型和界定 在在CANCAN总线中存在中存在5 5种种错误类型，它型，它们并不互相排斥并不互相排斥 1 1、位位错误：向向总线送送出出一一位位的的某某个个单元元同同时也也在在监视总线，当当检测到到总线位位数数值与与送送出出的的位位数数值不不同同时，则在在该位位时刻刻检测到一个位到一个位错误。 2 2、填填充充错误：在在应使使用用位位填填充充方方法法进行行编码的的报文文中中，出出现了了第第六六个个连续相相同同的的位位电平平时，将将检出出一一个位填充个位填充错误。 第5章控制器局域网CAN

50、总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5.4.4 错误类型和界定 在在CANCAN总线中存在中存在5 5种种错误类型，并不互相排斥。型，并不互相排斥。 3 3、CRCCRC错误：CRCCRC序序列列是是由由发送送器器CRCCRC计算算的的结果果组成成的的。接接收收器器以以与与发送送器器相相同同的的方方法法计算算CRCCRC。如如果果计算算结果果与与接接收收到到的的CRCCRC序序列列不不相相同同，则检出出一一个个CRCCRC错误。 4 4、格格式式错误：当当固固定定格格式式的的位位场中中出出现一一个个或或多多个非法位个非法位时，则检出一个形式出一个形式错误。 5 5

51、、应答答错误：在在应答答间歇歇，发送送器器未未检测到到显性性位位时，则由它由它检出一个出一个应答答错误。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 在在CANCAN总线中中，任任何何一一个个站站可可能能处于于下下列列三三种种故障状故障状态： （1 1）错误激活（激活（active erroractive error）；）； （2 2）错误认可（可（passive errorpassive error）；）； （3 3）总线关关闭（bus offbus off）。）。 第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术

52、规范范 错误激激活活站站可可以以照照常常参参加加总线通通讯，且且当当检测到到错误时，送出一个活，送出一个活动错误标志。志。 不不允允许错误认可可节点点送送出出活活动错误标志志，它它可可参参与与总线通通讯，但但当当检测到到错误时，只只能能送送出出认可可错误标志，且志，且发送后仍被送后仍被错误认可，直到下次可，直到下次发送初始化。送初始化。 总线关关闭状状态不不允允许单元元对总线由由任任何何影影响响，三三种种状状态转换关系如关系如图1515所示。所示。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 或或REC128REC128错误错误激活激活错误错误认认可

53、可总线总线关关闭闭TEC255TEC255TEC128TEC128和和REC 127REC 127TEC127TEC127正常模式正常模式请请求求1111个个连续隐连续隐性位性位 128128次次 为了了界界定定故故障障，在在每每个个总线单元元中中都都设有有两两种种计数数：发送送出出错计数数和和接接收收出出错计数数，这些些计数数按按照照一一定定规则进行行，计数数值的的范范围为0-2560-256，当当错误计数数器器数数值大大于于9696时，说明明总线被被严重干重干扰。第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析5.4 CAN5.4 CAN总线的技的技术规范范 5.4.5 位定时与同步 正正常常位位时间是是指指在在非非重重同同步步的的情情况况下下，借借助助理理想想发送送器器每每秒秒发送送的的位位时间，它它可可分分为几几个个互互不不重重迭迭的的时间段段。这些些时间段段包包括括：同同步步段段（SYNC-SEGSYNC-SEG）、传播播段段（PROP-SEGPROP-SEG）、相相位位缓冲冲段段1 1（PHASE-SEG1PHASE-SEG1）和和相相位位缓冲冲段段2 2（PHASE-SEG2PHASE-SEG2），如如下下图1616所示。所示。图16.16.位位时间的各的各组成部分成部分第5章控制器局域网CAN总线技术规范剖析