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CAN - 基础

news 2025/7/4 16:55:27

CAN 基础

  • 概念
    • 分类
    • 特点
    • 物理层
      • 收发器
      • 线与
      • 编码方式
      • 通信方式
        • 采样点/位
      • 常见故障
    • 数据链路层
      • CAN控制器
      • 数据帧
        • 分类
        • 数据帧格式
        • 数据帧DBC解析
        • CRC校验
        • 远程帧
      • 总线竞争与仲裁
        • 非破坏性仲裁机制
      • 节点状态与错误处理机制
        • 节点状态
        • 错误处理机制
        • 错误帧

概念

分类

  • CAN
  • CAN FD
  • 高速CAN
  • 低俗容错CAN

特点

  • 多主通讯 （节点之间 一对一、一对多、多对一、广播等）
  • 短帧结构：报文帧的有效字节有8个
  • 报文ID值越小，优先级越高
  • 非破坏性总线仲裁处理机制
  • 可靠的CRC校验方式，传输数据出错率极低
  • 在报文帧仲裁失败或传输期间被破坏有自动重发机制
  • 节点在错误严重的情况下，具有自动脱离总线的功能，切断它与总线的联系，不影响总线的正常工作

物理层

收发器

数字信号 <–> 物理信号（CAN_H/CAN_L）两者之间的转换采用差分电平信号
属于OSI模型中的物理层

线与

多个CAN节点并介到同一总线时，只要其中一个节点输出低电平，总线就为低电平
当所有节点输出高电平，总线才为高电平

编码方式

通信方式

异步串行通信：采样点按约定的频率采样数据，根据波特率采样

为减少波特率的误差带来的通信错误
解决：CAN总线规定信号的跳变沿时刻进行同步，将误差累积限制在两个跳变沿
问题：发送多个相同位时没有跳变沿用于同步，会导致误差不断累计
解决：使用位填充的方法进行同步：采用填充位在连续5个相同位后插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步（这里时CAN控制器自己去填充）

采样点/位

一个位时间=1/波特率
位时间：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2
1位时间=10时间份额

  • 同步段：1时间份额
  • 传播段：1时间份额
  • 相位缓冲段1：4时间份额
  • 相位缓冲段2：4时间份额
    一个时间份额：Tq
    采样点：规定在第x个时间份额后进行采样

常见故障

数据链路层

CAN控制器

属于OSI模型中的数据链路层

数据帧

分类

  • 数据帧

发送节点向接收节点传送数据，使用最多

  • 远程帧

接收节点向某个发送节点请求数据（发送节点让另外一个节点反馈数据的时候）

  • 错误帧

当总线、某节点检测出错误时向其他节点通知错误的帧

  • 过载帧

接收节点向发送节点通知自身接收能力的帧

  • 间隔帧

数据帧或远程帧与前面的帧分离的帧

数据帧格式

-

格式

  • 帧起始(1位)：显性位SOF，标识一个数据帧的开始，用于同步；只有在总线空闲期间，节点才能发送SOF（在总线空闲的时候，发送节点发出帧起始；其他接收节点从这个帧起始位进行同步（用于减少累计误差））

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  • ID(11位)：标识符，唯一确定一条报文，表明报文的含义，可以包括报文的源地址、目标地址；用于确定报文的仲裁优先级（ID数值越小，优先级越高）
  • SRR(1位)：无实际意义，SRR永远置1
  • IDE(1位)：用于区分标准帧和扩展帧：标准帧IDE=0（11位ID）;扩展帧IDE=1（29位ID）
  • extended ID（18位）：如果IDE=1
  • RTR位(1位)：区分数据帧和远程帧（没有数据场？？？很少用）：数据帧RTR=0; 远程帧RTR=1

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  • r1(1位)：保留位，显性电平0填充

  • r0(1位)：保留位，显性电平0填充

  • DLC(4位)：数据场包含数据的字节数
    在这里插入图片描述

  • 数据场(0-8个字节)：实际CAN数据发送的内容

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  • CRC（15位）：进行CRC校验，CRC位之前的所有数据位根据一定规则进行校验

  • DEL(1位)：CRC界定符，在CRC界定符之前 从SOF开始，到DEL之前进行位填充，显性位电平0
    在这里插入图片描述

  • ACK(1位): 确定报文被至少一个节点正确接收（发送节点ACK置1（隐性电平），接受方正确接收报文，则将ACK位置0（显性电平）），发送节点查看ACK位从以隐性变显性，知道有节点接收数据，如果没有节点接收，则报相应的错误帧

  • DEL(1位)：界定符，隐性位电平1

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  • EOF(7位)：连续7个隐性位
  • ITM(3位)：连续3个隐性位
  • ITM之后，总线会进入空闲状态，此时其他节点可以发送报文，如果节点检测到11个连续的隐性位，就认为总线进入空闲阶段（1+7+3）

数据帧DBC解析

CRC校验

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远程帧

  • 标准帧
  • 扩展帧

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总线竞争与仲裁

竞争：多个节点同时要发送数据

非破坏性仲裁机制

仲裁发生在仲裁段
采用“线与”机制
ID值越小，优先级越高
仲裁失败进入“只听”模式

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节点状态与错误处理机制

节点状态

  • 主动错误状态

设备正常参与总线通信，检测到错误时发送主动错误标识

  • 被动错误状态

设备正常参与总线通信，检测到错误时发送主动错误标识

  • 总线关闭

数据帧的收发被禁止，脱离总线

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错误处理机制

  • CRC 错误
  • 位填充错误
  • 应答错误
  • 位发送错误
  • 格式错误

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错误帧

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