can總線分層結(jié)構(gòu)及報文傳輸

　　CAN是控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準（ISO11898）。是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在建立之初，CAN總線就定位于汽車內(nèi)部的現(xiàn)場總線，具有傳輸速度快、可靠性高、靈活性強等優(yōu)點。上世紀90年代CAN總線開始在汽車電子行業(yè)內(nèi)逐步推廣，目前已成為汽車電子行業(yè)首選的通信協(xié)議，并且在醫(yī)療設備、工業(yè)生產(chǎn)、樓宇設施、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域中取得了廣泛的應用。

　　CAN的分層結(jié)構(gòu)

　　CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制（Logical Link control，LLC）完成過濾、過載通知和管理恢復等功能，媒體訪問控制（Medium Access control，MAC）子層完成數(shù)據(jù)打包/解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤信令、應答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。

　　邏輯鏈路控制子層（LLC）的功能：為數(shù)據(jù)傳送和遠程數(shù)據(jù)請求提供服務，確認由LLC子層接收的報文實際上已被接收，為恢復管理和通知超載提供信息。在定義目標處理時，存在許多靈活性。

　　介質(zhì)訪問控制子層（MAC）的功能：主要是傳送規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標定和故障界定。MAC子層也要確定當開始一次新的傳送時，總線是否開放或者是否馬上開始接收。位定時特性也是MAC子層的一部分。

　　幀類型

　　在CAN2．0B的版本協(xié)議中有兩種不同的幀格式，不同之處為標識符域的長度不同，含有11位標識符的幀稱之為標準幀，而含有29位標識符的幀稱為擴展幀。如CAN1．2版本協(xié)議所描述，兩個版本的標準數(shù)據(jù)幀格式和遠程幀格式分別是等效的，而擴展格式是CAN2．0B協(xié)議新增加的特性。為使控制器設計相對簡單，并不要求執(zhí)行完全的擴展格式，對于新型控制器而言，必須不加任何限制的支持標準格式。但無論是哪種幀格式，在報文傳輸時都有以下四種不同類型的幀。

　　在報文傳輸時，不同的幀具有不同的傳輸結(jié)構(gòu)，下面將分別介紹四種傳輸幀的結(jié)構(gòu)，只有嚴格按照該結(jié)構(gòu)進行幀的傳輸，才能被節(jié)點正確接收和發(fā)送。

　　（1）數(shù)據(jù)幀

　　由七種不同的位域（Bit Field）組成：幀起始（Start of ）、仲裁域（Arbitration Field）、控制域（Control Field）、數(shù)據(jù)域（DataField）、CRC域（CRC Field）、應答域（ACK Field）和幀結(jié)尾（End of ）。數(shù)據(jù)域的長度可以為0～8個字節(jié)。

can總線分層結(jié)構(gòu)及報文傳輸

　　1）幀起始（SOF）：幀起始（SOF）標志著數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，僅由一個“顯性”位組成。在CAN的同步規(guī)則中，當總線空閑時（處于隱性狀態(tài)），才允許站點開始發(fā)送（信號）。所有的站點必須同步于首先開始發(fā)送報文的站點的幀起始前沿（該方式稱為“硬同步”）。

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　　2）仲裁域：仲裁域由標識符和RTR位組成，標準幀格式與擴展幀格式的仲裁域格式不同。標準格式里，仲裁域由1l位標識符和RTR位組成。標識符位有ID28～IDl8。擴展幀格式里，仲裁域包括29位標識符、SRR位、IDE（Identifier Extension，標志符擴展）位、RTR位。其標識符有ID28～IDO。為了區(qū)別標準幀格式和擴展幀格式，CANl．0～1．2版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。IDE位為顯性，表示數(shù)據(jù)幀為標準格式；IDE位為隱性，表示數(shù)據(jù)幀為擴展幀格式。在擴展幀中，替代遠程請求（Substitute Remote Request，SRR）位為隱性。仲裁域傳輸順序為從最高位到最低位，其中最高7位不能全為零。RTR的全稱為“遠程發(fā)送請求（Remote TransmissionRequest）”。RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀和遠程幀的標志。

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　　3）控制域：控制域由6位組成，包括2個保留位（r0、r1同于CAN總線協(xié)議擴展）及4位數(shù)據(jù)長度碼，允許的數(shù)據(jù)長度值為0～8字節(jié)。

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　　4）數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照長度代碼指示長度發(fā)送。對于接收的數(shù)據(jù)，同樣如此。它可為0～8字節(jié)，每個字節(jié)包含8位，首先發(fā)送的是MSB（最高位）。

　　5）CRC校驗碼域：它由CRC域（15位）及CRC邊界符（一個隱性位）組成。CRC計算中，被除的多項式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及15位為0的解除填充的位流給定。此多項式被下列多項式X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除（系數(shù)按模2計算），相除的余數(shù)即為發(fā)至總線的CRC序列。發(fā)送時，CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送/接收。之所以選用這種幀校驗方式，是由于這種CRC校驗碼對于少于127位的幀是最佳的。

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　　6）應答域：應答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個（應答間隙及應答界定）隱性位組成，所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點將在發(fā)送節(jié)點的應答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫為顯性位。因此，發(fā)送節(jié)點將一直監(jiān)視總線信號已確認網(wǎng)絡中至少一個節(jié)點正確地接收到所發(fā)信息。應答界定符是應答域中第二個隱性位，由此可見，應答間隙兩邊有兩個隱性位：CRC域和應答界定位。

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　　7）幀結(jié)束域：每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀均由一串七個隱性位的幀結(jié)束域結(jié)尾。這樣，接收節(jié)點可以正確檢測到一個幀的傳輸結(jié)束。

　　（2）錯誤幀

　　錯誤幀由兩個不同的域組成：第一個域是來自控制器的錯誤標志；第二個域為錯誤分界符。

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　　1）錯誤標志：有兩種形式的錯誤標志。

　　①激活（Active）錯誤標志。它由6個連續(xù)顯性位組成。

　　②認可（Passive）錯誤標志。它由6個連續(xù)隱性位組成。

　　它可由其他CAN總線協(xié)議控制器的顯性位改寫。

　　2）錯誤界定：錯誤界定符由8個隱性位組成。傳送了錯誤標志以后，每一站就發(fā)送一個隱性位，并一直監(jiān)視總線直到檢測出1個隱性位為止，然后就開始發(fā)送其余7個隱性位。

　　（3）遠程幀

　　遠程幀也有標準格式和擴展格式，而且都由6個不同的位域組成：幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應答域、幀結(jié)尾。與數(shù)據(jù)幀相比，遠程幀的RTR位為隱性，沒有數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)長度編碼域可以是0～8個字節(jié)的任何值，這個值是遠程幀請求發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)域長度。當具有相同仲裁域的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時發(fā)送時，由于數(shù)據(jù)幀的RTR位為顯性，所以數(shù)據(jù)幀獲得優(yōu)先。發(fā)送遠程幀的節(jié)點可以直接接收數(shù)據(jù)。

　　（4）過載幀