一文详解CAN数据帧格式

CAN总线上传输的信息称为报文，当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。

CAN通信是通过以下5种类型的帧进行的：

数据帧

遥控帧

错误帧

过载帧

帧间隔

另外，数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有 11 个位的标识符(Identifier: 以下简称 ID)， 扩展格式有 29 个位的 ID。

各种帧的用途如下表所示：

近期打算写5篇文章，分别详细介绍这5种类型的CAN总线报文格式，本篇博文将详细讲解CAN数据帧格式，创作不易，请各位朋友多多点赞、收藏、关注支持~

数据帧由7个段构成，图解说明如下所示：

帧起始：表示数据帧开始的段;

仲裁段：表示该帧优先级的段，根据仲裁段ID码长度的不同，分为标准帧(CAN 2.0A)和扩展帧(CAN 2.0B);

控制段：表示数据的字节数及保留位的段;

数据段：数据的内容，可发送0~8个字节的数据;

CRC段：检查帧的传输错误的段;

ACK段：表示确认正常接收的段;

帧结束：表示数据帧结束的段。

1帧起始

帧起始由1个显性位组成。总线空闲时，发送节点发送帧起始，其他接收节点同步于该帧起始位。

总线上的电平有显性电平和隐性电平两种。

总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。

“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。(显性电平比隐性电平更强。)

2仲裁段

仲裁段用于写明需要发送到目的CAN节点的地址、确定发送的帧类型(当前发送的是数据帧还是遥控帧)，并确定发送的帧格式是标准帧还是扩展帧。

仲裁段在标准格式帧和扩展格式帧中有所不同。标准格式帧的仲裁段由11位标识符和远程发送请求位RTR组成，扩展格式帧的仲裁段由29位标识符和远程发送请求位RTR组成。

2.1、标准数据帧

标准数据帧基于早期的CAN规格(1.0和2.0A版)，使用了11位的识别域。

CAN标准帧帧信息是11字节，包括帧描述符和帧数据两部分。如下表所列：

前3字节为帧描述部分。字节1为帧信息，第7位(FF)表示帧格式，在标准帧中FF=0，第6位(RTR)表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧。DLC表示在数据帧时实际的数据长度。

标准数据帧的 ID 有 11 个位。从 ID10 到 ID0 依次发送。禁止高 7 位都为隐性(禁止设定：ID=1111111XXXX)。

字节2~3为报文识别码，其高11位有效。

字节4~11为数据帧的实际数据，远程帧时无效。

2.2、扩展数据帧

CAN扩展帧帧信息是13字节，包括帧描述符和帧数据两部分，如下表所示：

前5字节为帧描述部分。字节1为帧信息，第7位(FF)表示帧格式，在扩展帧中FF=1，第6位(RTR)表示帧的类型，RTR=0表示为数据帧，RTR=1表示为远程帧。DLC表示在数据帧时实际的数据长度。

扩展格式的 ID 有 29 个位。基本 ID 从 ID28 到 ID18，扩展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和 标准格式的 ID 相同。禁止高 7 位都为隐性(禁止设定：基本 ID=1111111XXXX)。

字节2~5为报文识别码，其高28位有效。

字节6~13为数据帧的实际数据，远程帧时无效。

3控制段

控制段由6个位组成，包括数据长度代码和两个将来作为扩展用的保留位，标准格式和扩展格式的构成有所不同。

数据长度代码指示了数据段中的字节数量。数据长度代码为4个位，在控制段里被发送，数据帧长度允许的字节数为0、1、2、3、4、5、6、7、8，其他数值为非法的。

保留位(r0、r1)必须全部以显性电平发送。但接收方可以接收显性、隐性及其任意组合的电平。

数据长度码(DLC)与数据的字节数的对应关系如下表所示：

数据的字节数必须为 0~8 字节，但接收方对 DLC = 9~15 的情况并不视为错误。

4数据段

数据段由数据帧中的发送数据组成，它可以为0~8字节，每字节包含了8位，首先发送最高有效位MSB，依次发送至最低有效位LSB。

5CRC段

CRC段是检查帧传输错误的帧，包括：15 个位的 CRC序列(CRC SEQUENCE)和1 个位的CRC界定符(CRC DELIMITER)构成。

CRC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、数据 段。接收方以同样的算法计算 CRC 值并进行比较，不一致时会通报错误。

6ACK段

ACK段用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK SLOT)和 ACK 界定符(ACK DELIMITER)2 个位构成。

发送单元在 ACK 段发送 2 个位的隐性位。当接收器正确地接收到有效的报文时，接收器就会在应答间隙(ACK SLOT)期间(发送ACK 信号)向发送器发送一个“显性”的位以示应答，通知发送单元正常接收结束，这称作“发送 ACK”或者“返回 ACK”。

发送 ACK/返回 ACK是在既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到正常消息的单元 (发送单元不发送 ACK)。所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、CRC 错误的消息。

7帧结束

帧结束是由每一个数据帧和远程帧的标志序列界定的，这个标志序列由7个“隐性”位组成。

审核编辑：汤梓红