CAN - 基础
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))
- 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
-
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
-
数据场(0-8个字节):实际CAN数据发送的内容
-
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
-
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
- 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
远程帧
- 标准帧
- 扩展帧
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
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
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
错误帧
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