CAN总线的帧类型及结构
本文主要介绍CAN总线的帧类型及结构。
CAN总线定义五种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。数据帧就是总线上传输用户数据的帧，其最高有效载荷是8字节（CAN FD为64字节），除了有效载荷外，数据帧还包括必要的帧头帧位部分以执行CAN标准通信，比如消息标识符（Identifier）、数据长度代码、校验信息等。远程帧是用来向总线上其它节点请求数据的帧，它的帧结构与数据帧相似，只不过没有有效载荷部分；错误帧是表示通信出错的帧；帧间隔是用来隔离数据帧或者遥控帧的。
数据帧和远程帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11位的标识符，扩展格式有29位标识符。
| 帧类型 | 帧用途 | 备注 |
| 数据帧 | 用于发送单元向接收单元传送数据的帧 | 分为标准格式和扩展格式，标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符 |
| 遥控帧 | 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 | 用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧 | |
| 过载帧 | 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧 | |
| 帧间隔 | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧 | 过载帧和错误帧前不能插入帧间隔 |
数据帧
数据帧的帧结构如下图所示：
各个字段定义及长度分别为：
SOF：表示数据帧开始；（1bit）
Identifier：标准格式11 bit，扩展格式29 bit包括Base Identifier（11bit）和Extended Identifier（18bit），该区段标识数据帧的优先级，数值越小，优先级越高；
RTR：远程传输请求位，0时表示为数据帧，1表示为远程帧，也就是说RTR=1时，消息帧的Data Field为空；（1bit）
IDE：标识符扩展位，0时表示为标准格式，1表示为扩展格式；（1bit）
DLC：数据长度代码，0~8表示数据长度为0~8 Byte；（4bit）
Data Field：数据域；（0~8Byte）
CRC Sequence：校验域，校验算法G(x) = x15 + x14 + x10 + x8 + x7 + x4 + x3 + 1；（15bit）
DEL：校验域和应答域的隐性界定符；（1bit）
ACK：应答，确认数据是否正常接收，所谓正常接收是指不含填充错误、格式错误、 CRC 错误。发送节点将此位为1，接收节点正常接收数据后将此位置为0；（1bit）
SRR：替代远程请求位，在扩展格式中占位用，必须为1；（1bit）
EOF：连续7个隐性位（1）表示帧结束；（7bit）
ITM：帧间隔，Intermission (ITM)，又称Interframe Space (IFS)，连续3个隐性位，但它不属于数据帧。帧间空间是用于将数据帧和远程帧与前面的帧分离开来的帧。数据帧和远程帧可通过插入帧间空间将本帧与前面的任何帧（数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧）分开。过载帧和错误帧前不能插入帧间空间。
远程帧
一般情况，数据是由发送单元主动向总线上发送的，但也存在接收单元主动向发送单元请求数据的情况。远程帧的作用就在于此，它是接收单元向发送单元请求发送数据的帧。远程帧与数据帧的帧结构类似，如下图所示。
远程帧与数据帧的帧结构区别如下表所示：
| 帧起始 | 仲裁段 | 控制段 | 数据段 | CRC段 | ACK段 | 帧结束 | |
| 意义 | 表示帧开始 | 表示数据优先级 | 表示数据段的字节数 | ||||
| 数据帧 | 1位显性位 | 11位或29位（RTR位为显性） | 6位 | 0~8个字节 | 15位CRC值和1位CRC界定符 | 1位ACK槽和1位ACK界定符 | 7位隐性位 |
| 遥控帧 | 1位显性位 | 可请求具有相同ID的数据帧（RTR位为隐性） | 6位 | 无 |
当总线上具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的 RTR 位是显性的，数据帧将在仲裁中赢得总线控制权。
错误帧
用于在接收和发送消息时检测出错误时，通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。错误帧的帧结构如下图所示。
错误标志：6-12 个显性/隐性重叠位
主动错误标志（6个显性位）：处于主动错误状态的单元检测出错误时输出的错误标志
被动错误标志（6个隐性位）：处于被动错误状态的单元检测出错误时输出的错误标志
错误界定符：8 个隐性位
过载帧
过载帧是用于接收单元通知发送单元它尚未完成接收准备的帧。在两种情况下，节点会发送过载帧：
接收单元条件的制约，要求发送节点延缓下一个数据帧或远程帧的传输；
帧间空间（Intermission）的3 bit内检测到显性位
每个节点最多连续发送两条过载帧。过载帧由过载标志和过载界定符（8 个隐性位）构成。过载帧的结构如下图所示。
帧间隔
帧间隔是用来隔离数据帧（或者遥控帧）的，也就是说，数据帧（或者遥控帧）通过插入帧间隔可以将本帧与先行帧（数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧）分隔开来。但是过载帧和错误帧的前面不能插入帧间隔。
帧间隔有两种不同的形式：
主动错误状态的帧间隔
被动错误状态的帧间隔
间隔段：连续三个隐性位；间隔段期间，所有节点不允许发送数据帧或遥控帧，只要在这期间监听到显性位，接收节点就会发送过载帧。
空闲段：连续隐性位，个数不一定，0个或者多个都可以。总线空闲的时间是任意长的，只要总线空闲，节点就可以竞争总线。
暂停段：又叫做延迟传送段，只有处于被动错误状态的节点在发送帧间隔的时候，才会在帧间隔中插入8个连续隐性位的暂停段。
以上就是针对CAN总线的帧结构的介绍。
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原文标题：硬件接口协议之“CAN总线报文”
文章出处：【微信号：zhuyandz，微信公众号：FPGA之家】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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