CAN通讯系列4- CAN数据帧及其仲裁

mengmianren

在CAN通讯系列3-CAN通讯如何传递信号中，由于传递信号的分析需要，引出了CAN数据帧的ID，长度和数据段的概念，它们都与CAN协议帧相关。CAN协议帧有5种类型，如下表：
         

而我们当前使用到的是数据帧，故本文将根据CAN协议来介绍数据帧。1 CAN数据帧数据帧有标准和扩展两种格式，且这2种格式都具有相同的帧结构，都由7个段构成，分别是：帧起始，仲裁段，控制段，数据段，CRC段，ACK段和帧结束，如下所示：


Source: CAN入门书，renesas
1.1 帧起始（SOF, Start of Frame）
帧起始表示帧开始的段，1个位的显性位。总线空闲时为隐性位，故帧起始以显性位可识别一帧数据开始发送，对于标准和扩展格式均如此：


Source: CAN入门书，renesas
1.2 仲裁段（Arbitration Field）
仲裁段表示数据的优先级的段，其作用就是根据报文ID来确定其发送优先级，ID数值越小，其优先级越高。标准格式和扩展格式在此的构成有所不同，如下所示：

Source: CAN入门书，renesas
对于数据帧，标准格式和扩展格式区别主要有3点：

长度，标准格式仲裁段有12位，而扩展格式仲裁段有32位；

ID数，标准格式最大有(2^11)个ID，而扩展格式最大有(2^29)个ID；

格式标志RTR/SRR，如果是标准格式，则RTR/SRR为显性；如果是扩展格式，则RTR/SRR为隐性。

具体如何利用该段进行仲裁，看后面的仲裁机制章节。
1.3 控制段（Control Field）
控制段表示数据段的有效字节数，由6个位构成，标准格式和扩展格式的构成也有所不同。

Source: CAN入门书，renesas这里只关注4位数据长度码DLC，DLC与数据的字节数对应关系如下所示：


Source: vector learning1.4 数据段(Data Field)数据段可包含0-8个字节的数据，从MSB（最高位）开始输出。

Source: CAN入门书，renesas数据段的数据有几个字节，取决于控制段的数据长度码DLC的数值，DLC可以取0-15的值，但是它取9-15时没意义，因为已经超过数据段的长度。
1.5 CRC段（Cyclic Redundancy Check Field）
检查帧的传输错误的段，由15个位的CRC序列和1个位的CRC界定符（用于分隔位）构成，CRC界定符恒为隐性。

Source: CAN入门书，renesasCRC序列是根据多项式生成的CRC值，CRC的计算范围包括帧起始，仲裁段，控制段和数据段。


Source: CAN2.0B
1.6 ACK段（Acknowledge Field）
用来确认是否正常接收的段，由ACK槽和ACK界定符2个位构成。

Source: CAN入门书，renesas对于发送单元，在ACK段默认2个位的隐性位；而对于接收单元，接收到正确消息的单元在ACK槽发送显性位，通知发送单元正常接收结束。可理解为ACK段数值取决于接收单元，结合下图理解下该逻辑：


1.7 帧结束(End of Frame)
表示帧的结束的段，由7个位的隐性位构成。

Source: CAN入门书，renesas通过上述对数据帧定义与作用的介绍，不难理解，如果VCU要传递信号给MCU，那么先要定义CAN数据帧或CAN报文的ID号，再定义要装载数据段多长的数据，通过设置DLC实现，最后数据段部署信号及其顺序。


2仲裁机制
基于仲裁段的定义来分析下数据帧的仲裁过程，由于数据帧有两种格式，所有分为3种情况进行说明：标准格式的仲裁，扩展格式的仲裁 和标准格式与扩展格式的仲裁。


Source: CAN入门书，renesas
假设CAN总线上有两个节点Node_A和Node_B，某一刻他俩同时向总线上发送数据，如下


注：Tx表示发送，Rx表示接收，每个节点都有发送与接收功能。当节点作为发送方，会去接收自己发送的内容以进行检查，即回读机制。对比发送的数据与回读的数据，比如发现ACK槽为显性了，就说明发送的数据已被其他节点正确接收。

情况1：标准格式的仲裁Node_A和Node_B都是标准格式，那么仲裁发生在11位ID范围，即从D10-D0，采用线与机制（逢0变0），逐位进行比较，一旦某位出现不同，如上图的ID7位，则显性位覆盖隐性位，仲裁结束，显性位的对应节点Node_A胜出。情况2：扩展格式的仲裁，与情况1类似。情况3：标准格式与扩展格式的仲裁同样先进行前11位ID的比较，一旦某位出现不同，显性位的对应节点胜出；如果都一样，则标准格式的节点胜出，因为11位ID后1位，标准格式的RTR位恒为显性，扩展格式的SRR位恒为隐性，显性位的对应节点胜出。由上述分析可知，ID越小，其优先级越高。因此，当VCU要传递信号给MCU时，对于优先级高的VCU信号，应该将它们分配到ID号小的CAN报文中，确保能与其他节点的ID仲裁中胜出。
3 小结
到此，根据CAN数据帧的定义和作用，我们对于报文ID和数据长度有了新的认识，同时获取一些思路如何去设置他俩，为了定义控制器间的CAN通讯更近了一步。

另外，本文也提到了一些陌生的概念，比如显性和隐性。实际上，这些概念涉及到了CAN总线的定义。为了更加全面了解CAN协议，下篇文章将安排CAN总线内容的介绍。



source: Vector learning

xiaocheng

作为汽车工程师，深知CAN通讯在汽车领域的重要性。关于上述帖子内容，数据帧是CAN通讯的核心部分，其结构和格式至关重要。数据帧分为标准和扩展两种格式，均包括帧起始、仲裁段等7个段。其中，仲裁段包含数据帧的ID，用以标识信息优先级和发送方。数据段则包含实际数据信息。标准格式与扩展格式在帧结构上相同，但在ID编码上有差异。了解并正确应用这些数据帧格式，对于确保CAN通讯的准确性和效率至关重要。更多详细信息建议查阅CAN协议相关书籍或资料。

作为汽车工程师，深知CAN通讯在汽车领域的重要性。关于上述帖子内容，可以回复如下：

“CAN数据帧是CAN通讯的核心部分，用于传输数据。其结构包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段等。其中，数据帧分为标准格式和扩展格式，两种格式结构相同，均由特定段组成。帧起始用于标识数据帧的起始，而仲裁段则包含标识符，用于决定数据帧的优先级。了解并正确使用CAN数据帧，对于确保CAN通讯的准确性和效率至关重要。”

希望对你有所帮助。更多专业内容建议查阅相关文献资料。