CAN的报文格式

在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标识符（ID）长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位。

在标准格式中，报文的起始位称为帧起始（SOF），然后是由11位标识符和远程发送请求位(RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。

控制场包括标识符扩展位（IDE），指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位 (ro)，为将来扩展使用。它的最后四个位用来指明数据场中数据的长度（DLC）。数据场范围为0～8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC）。

应答场（ACK）包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平（逻辑1），这时正确接收报文的接收站发送主控电平（逻辑0）覆盖它。用这种方法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。

报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位，如果这时没有站进行总线存取，总线将处于空闲状态。

如图11所示，具体某一位或某几位下面会详细介绍。

图11 CAN总线报文结构

数据帧

数据帧是使用最多的帧，结构上由7段组成，其中根据仲裁段ID码长度的不同，分为标准帧（CAN2.0A）和扩展帧（CAN2.0B）。

数据帧是由：帧起始，仲裁断，控制端，数据段，CRC段，ACK段和帧结束构成。

如图21所示（具体的帧结构下面会详细介绍）。

图2–1数据帧类型及结构

帧起始和帧结束

仲裁段

CAN-bus是如何解决多个节点同时发送数据，即总线竞争的问题？该问题由仲裁段给出答案。

CAN-bus并没有规定节点的优先级，但通过仲裁段帧ID规定了数据帧的优先级。根据CAN2.0标准版本不同，帧ID分为11位和29位两种。如图23所示

图2–3数据帧结构

如图24所示CAN控制器在发送数据的同时监测数据线的电平是否与发送数据对应电平相同，如果不同，则停止发送并做其他处理。

图2–4仲裁处理

假设节点A、B和C都发送相同格式相同类型的帧，如标准格式数据帧，它们竞争总线的过程是（如图16所示）：

图2–5仲裁机制

从该分析过程得出结论是：帧ID值越小，优先级越高；

对于同为扩展格式数据帧、标准格式远程帧和扩展格式远程帧的情况同理

控制段

数据段

一个数据帧传输的数据量为0~8个字节，这种短帧结构使得CAN-bus实时性很高，非常适合汽车和工控应用场合如图27所示。

图2–7数据段

数据量小，发送和接收时间短，实时性高，被干扰的概率小，抗干扰能力强。

CRC段

ACK段

当一个接收节点接收的帧起始到CRC段之间的内容没发生错误时，它将在ACK段发送一个显性电平如图29所示。

图2–9 ACK段

远程帧

错误帧

尽管CAN-bus是可靠性很高的总线，但依然可能出现错误；CAN-bus的错误类型共有5种（如图41所示）。

图4–1错误帧类型

当出现5种错误类型之一时，发送或接收节点将发送错误帧。错误帧的结构如下，其中错误标识分为主动错误标识和被动错误标识如图42所示。

图4–2错误帧电平结构

为防止自身由于某些原因导致无法正常接收的节点一直发送错误帧，干扰其他节点通信，CAN-bus规定了节点的3种状态及其行为如图43所示。

图4–3错误处理机制

（注：这些错误处理的机制是由硬件自主完成的这样做的目的就是只要CAN在收到数据肯定是正确的数据）。

过载帧与帧间隔

过载帧

当某个接收节点没有做好接收下一帧数据的准备时，将发送过载帧以通知发送节点；过载帧由过载标志和过载帧界定符组成如所示图51。

图5–1过载帧结构

由于存在多个节点同时过载且过载帧发送有时间差问题，可能出现过载标志叠加后超过6个位的现象如所示图52。

图5–2过载帧具体结构

帧间隔

CAN总线发送总流程

CAN-bus整个链路层处理数据的流程是如图61所示：

图6–1CAN总线发送总流程

参考资料