ISO 11898里CAN总线的基本特点与结构

范围

ISO 11898-1主要描述了CAN总线的基本架构，定义了CAN在数据链路层的通信方式。重点内容是数据链路层的两个子层：逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）。

LLC和MAC工作使用很少接触，我理解的是把CAN比作一道菜的话，MAC是厨师，LLC是传菜员。

ISO 11898-1定义了两种CAN，经典CAN和CAN FD。

经典CAN：波特率最高1Mbit/s，数据场每帧可达8个字节。

CAN FD：波特率最高超过1Mbit/s，数据场每帧可超过8个字节。

其实这里说波特率不是特别准确，看单位就知道规范的说法是比特率或位速率，标准原文也是bit rates。1个波特表示一个符号，一个符号可以是多个bit组成，而1个比特就是一个bit，但口语大家都说波特率，也没有歧义，就这么用吧。

波特率达到1Mbit/s时，最大传输距离为40m。

CAN的基本特点

CAN有如下特点：

— 基于优先权的多主总线访问；

多主方式是指网络上的每一节点都可以发送信息，每一节点也都可以对某一信息的标识符进行检测。优先权是根据标识符的值判定，ID值越小，优先权越高。

— 基于内容的无损仲裁；

仲裁机制可以保证不会丢失信息，也不会浪费时间。

— 所有帧以广播方式传输；

每一节点发出信息，同一总线上的所有节点都可以选择接收该信息。

— 通过接收滤波进行多点传输；

接收器不判断是哪个节点发送的信息，而是通过帧接收滤波的方法判断该信息是否和接收器相关。发送也是一样。

— 支持远程数据请求；

某个节点通过发送远程帧，请求另一个节点向自己回应相应的数据帧，这个数据帧标识符和远程帧标识符相同。

— 配置灵活；

只要标识符数量够，可以不做软件或硬件的变更而增加节点。

— 全网内数据具有一致性；

某一帧可以同时被所有节点接收，也可以同时不被所有节点接收。

— 错误检测和错误通报；

总线数据校验，有多种方式。

— 自动重传仲裁失败、未被确认或在传输过程中被故障损坏的帧；

仲裁失败会在下次总线空闲期间自动重发。错误帧在恢复时间之后，如果未再出错，会被适时重发。

— 区分节点的临时故障和永久故障，以及自动关闭故障节点。

故障节点会被断开，会无法发送和无法接收任何帧。

CAN的消息帧

CAN在发送的时候，由LLC消息帧转换为MAC消息帧；CAN在接收的时候，由MAC消息帧转换为LLC消息帧。

LLC消息帧包括：标识符、格式化场、数据长度场、LLC数据场。

MAC消息帧包括：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、循环冗余码校验场（CRC场）、应答场、帧结束。

一般好像只讨论发出的MAC消息帧。消息帧分4种：数据帧、远程帧、错误帧、超载帧。数据帧最常见，也最复杂，以此为例说明帧结构。

帧起始（SOF） ：数据帧和远程帧的开始，只由一个显性位组成，并且只在总线空闲时发送。

仲裁场 ：标准帧中由11位标识符（标识符编码从ID-28到ID-18)和RTR位组成；扩展帧中由29位标识符（标识符编码从ID-28到ID-18、ID-17到ID-0)、SRR位、IDE位和RTR位组成组成。

RTR位叫远程传输请求位，数据帧中RTR是显性电平，远程帧中RTR是隐性电平。

SRR位叫替代传输请求位，在扩展帧中始终是隐性电平。

IDE位叫标识符扩展位。标准帧也有IDE位，只不过是在控制场。IDE位在标准帧中是显性电平，在扩展帧中是隐性电平。

控制场 ：总共6位。标准帧中，由IDE（显性）、r0（显性）和DLC组成；扩展帧中，由r1（显性）、r0（显性）和DLC组成。

DLC叫数据长度码，4位。DLC的值就是这一帧里数据场的长度。

数据场 ：0~8个字节，存储着发送的数据，即这一帧想要传输的信息。

CRC场 ：循环冗余码校验场，由CRC序列和CRC界定符组成。

CRC序列是发送节点根据一个约定好的多项式算出来的校验码，这个多项式的系数根据这帧报文里的帧起始、仲裁场等数据确定。接收节点用同样的方式计算。如果两方算出来的校验码一致，则报文正常；不一致，则请求重新发送。

CRC_15用于经典CAN，CRC_17用于数据场不超过16个字节的CANFD，CRC_21用于数据场超过16个字节的CANFD。

CRC界定符算是一个分界线，经典CAN中为1个隐性位，CANFD中为1~2个隐性位。

应答场（ACK场） ：总共2位，由ACK槽和ACK界定符组成，两个都是隐性位。

帧结束 ：由7个隐性位组成。

其他3种消息帧与数据帧类似，只是结构不太一样。

远程帧由6个域组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。

错误帧由错误标志和错误界定符组成。

超载帧由超载标志和超载界定符组成。