CAN协议基础-CAN协议种类与CAN数据帧

本篇来介绍CAN协议。

1 CAN基础介绍

CAN（Controller Area Network），是ISO国际标准化的串行通信协议，CAN总线由两根线（CANL和CANH）组成，通过差分信号传递信息。

满足汽车产业的减少线束数量，高速通信的需求，也广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备等。

1.1 CAN的发展历史

2011：博世公司开发出CAN FD通信协议2015：CAN FD标准化2020：CAN XL问世2024：CAN XL标准化

1.2 CAN的特点

多主控制：每个设备都可以主动发送数据系统的柔软性：没有类似地址的信息，添加设备不改变原来总线的状态通信速度：速度快，距离远错误检测、错误通知、错误恢复功能

2 CAN协议分类

2.1 经典CAN

2.1.1 低速CAN(ISO11519)

特点：

125Kbps

总线长度可达1000米最多挂载20个节点单帧最大荷载8字节

2.1.2 高速CAN(ISO11898)

特点：通信速率125Kbps~1Mbps总线长度<=40米最多挂载30个节点单帧最大荷载8字节

2.2 CAN FD(ISO11898-1:2015)

Controller Area Network with Flexible Data-Rate

特点：兼容经典CAN，冲裁段与数据段可以不同波特率总裁段1Mbps，与经典CAN兼容数据段最高8Mbps，单帧最大荷载64字节

2.3 CAN XL(ISO11898-1:2024)

Controller Area Network with Extended Length

面向软件定义汽车(‌SDV‌，Software Defined Vehicle)，填补CAN FD与车载以太网之间带宽缺口

特点：兼容CAN/CAN FD总裁段1Mbps，与经典CAN兼容数据段最高20Mbps，单帧最大荷载2048字节

3 CAN物理层

3.1 CAN物理层特性

CAN总线由两根线（CANL和CANH）组成，通过差分信号传递信息，总线电平分为：

显性电平：逻辑0隐性电平：逻辑1

显性电平具有优先权，比如某个节点发出显性电平后，总线上的电平就会被拉成显性电平

3.2 CAN收发器芯片

4 CAN帧种类介绍

CAN总线是以“**帧”**的形式进行通信

帧类型	作用
数据帧（Data Frame）	用于发送单元向接收单元传输数据的帧
遥控帧（Remote Frame）	用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧
错误帧（Error Frame）	用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧
过载帧（Overload Frame）	用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧
间隔帧（Inter Frame Space）	用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧

5 CAN数据帧介绍

数据帧由7段组成

又分为

标准帧（CAN2.0A，11 位 ID）扩展帧（CAN2.0B，29位 ID）

5.1 标准数据帧（CAN2.0A）

标准数据帧完整位排列，总计1 + 12 + 6 + 8N + 16 + 2 + 7 = 44 + 8N

SOF(1)|ID11(11)|RTR(1)|IDE(1)|r0(1)|DLC(4)|DATA(0‑64)|CRC15(15)|CRC_DEL(1)|ACK_SLOT(1)|ACK_DEL(1)|EOF(7)

5.1.1 帧起始-1位

SOF（Start Of Frame）

1 位，显性电平 (0)标志一帧消息开始，所有节点同步

5.1.2 仲裁段-12位(11+1)

表示帧优先级

ID：报文标识符，11位，决定报文优先级，ID 数值越小优先级越高

RTR 位（Remote Transmission Request，远程发送请求位）：数据帧固定为显性 0；远程帧为隐性 1

5.1.3 控制段-6位(1+1+4)

表示数据的字节数以及保留位

IDE（Identifier Extension Bit）：扩展标识符位，0 = 标准帧，1 = 扩展帧R0

（Reserved Bit 0）：保留位

DLC（Data Length Code）：数据长度码，4bit，表示后面数据段字节数，范围 0~8。

CAN 一帧最多携带8 字节有效数据。

5.1.4 数据段-0~64位

数据的内容，一帧可以发0~8字节数据

5.1.5 CRC段-16位(15+1)

检测帧的传输错误

DEL（Delimiter‌）：CRC 界定符，1 位隐性 1

5.1.6 ACK段-2位(1+1)

表示确认正常接收

ACK（Acknowledgment）：ACK 槽

发送节点输出隐性 1；所有正确接收报文的接收节点，把这里拉成显性 0 应答

发送方看到 ACK 槽是 0：代表至少有一个节点收到；如果还是 1，说明无人应答，会触发重发

DEL（Delimiter‌）：ACK 界定符，1 位隐性 1

5.1.7 帧结束-7位

EOF（End Of Frame），表示数据结束，7个隐性1

5.2 扩展数据帧（CAN2.0B）

标准数据帧完整位排列，总计1 + 32 + 6 + 8N + 16 + 2 + 7 = 64 + 8N

SOF(1)|ID_BASE11(11)|SRR(1)|IDE(1)|ID_EXT18(18)|RTR(1)|r1 r0|DLC(4)|DATA|CRC|CRC_DEL|ACK|ACK_DEL|EOF(7)

5.2.1 仲裁段-32位(11+1+1+18+1)

ID：报文标识符，决定报文优先级，ID 数值越小优先级越高

SRR（Substitute Remote Request）：替代远程请求位IDE（Identifier Extension Bit）：扩展标识符位，0 = 标准帧，1 = 扩展帧Extended ID：扩展ID，18位

RTR 位（Remote Transmission Request，远程发送请求位）

5.2.2 控制段-6位(1+1+4)