CAN-bus總線是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，而很多非常熟練的CAN工程師，面對一條CAN報文到底有多少位的問題時，卻不能非常準(zhǔn)確地回答。今天我們就從最基本的幀格式來解惑一條CAN報文的到底有多少位。
CAN報文幀分為幾種呢？CAN-bus通信幀共分為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。而數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀又有標(biāo)準(zhǔn)幀和擴展幀兩種。其幀類型以及用途如表 1所示:
表 1 幀類型及用途
數(shù)據(jù)幀
數(shù)據(jù)幀從結(jié)構(gòu)上看分為7段，分別為起始段、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、CRC校驗段、ACK應(yīng)答段、幀結(jié)束段。如圖1：
圖 1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀跟擴展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖
幀起始段：該段由單個顯性位構(gòu)成,在總線空閑時才允許發(fā)送,所有節(jié)點必須同步于開始發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的起始位;
標(biāo)準(zhǔn)幀仲裁段：標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁段由11位ID碼和一個顯性位RTR碼組成，RTR碼為遠(yuǎn)程幀標(biāo)識位；
擴展幀仲裁段：擴展幀的仲裁段由29位ID碼、一位顯性的SRR碼、一位隱性的IDE碼和一位顯性的RTR碼組成；
標(biāo)準(zhǔn)幀控制段：標(biāo)準(zhǔn)幀的控制段由單位顯性的IDE、保留位r0和4位數(shù)據(jù)長度代碼DLC組成，DLC數(shù)據(jù)段采用BCD編碼；
擴展幀控制段：擴展幀的控制段由兩個保留位r1和r0和4位的DLC數(shù)據(jù)段組成，r1和r0都為顯性填充,接收時無論保留位是顯性還是隱性都沒有影響；
數(shù)據(jù)段：一個數(shù)據(jù)段為8個字節(jié)；
CRC校驗段：CRC校驗段由15位的校驗碼和1個隱性位填充的CRC界定符組成，CRC校驗范圍為幀起始、仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段；
ACK段：ACK段由ACK碼和一個隱性位ACK界定符組成，發(fā)送節(jié)點在ACK段發(fā)送兩個隱性位，接收節(jié)點在收到的報文ACK前面的幀格式?jīng)]有錯誤時，他將發(fā)出ACK碼為顯性位的報文。
幀結(jié)束段：由7個連續(xù)的隱性位組成。
遠(yuǎn)程幀
遠(yuǎn)程幀幀格式跟數(shù)據(jù)幀類似，也分為標(biāo)準(zhǔn)幀跟擴展幀，但是遠(yuǎn)程幀屬于被請求發(fā)送節(jié)點發(fā)送的報文，而數(shù)據(jù)幀是發(fā)送節(jié)點的報文。如圖 2，遠(yuǎn)程幀沒有數(shù)據(jù)幀。
圖 2 標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀和擴展遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu)圖
參照數(shù)據(jù)幀可了解遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu)，但是兩者之間也有不同：
SRR段和RTR段：數(shù)據(jù)幀是顯性電平，遠(yuǎn)程幀是隱性電平；
節(jié)點性質(zhì)：數(shù)據(jù)幀是發(fā)送節(jié)點發(fā)出的報文格式，遠(yuǎn)程幀是被請求發(fā)送的節(jié)點發(fā)送的報文格式；
CRC校驗范圍：數(shù)據(jù)幀是幀起始、仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段，而遠(yuǎn)程幀則是幀起始、仲裁段和控制段。
了解了數(shù)據(jù)幀跟遠(yuǎn)程幀的標(biāo)準(zhǔn)報文格式后，有些人可能會問了，我有時看到的報文為什么跟你的標(biāo)準(zhǔn)格式的位數(shù)不一樣呢？
位填充
CAN-bus屬于異步串行通信，這種通信方式?jīng)]有時鐘線，所以各個收發(fā)器的時鐘不可能完全一致，時鐘不一致就會造成偏差。所以為了解決這個問題，CAN總線采用同步的方式來校準(zhǔn)時鐘。CAN-bus規(guī)定信號的跳變沿為同步信號，只要信號發(fā)生變化，節(jié)點時鐘就被同步一次。CAN-bus還規(guī)定同步的最大周期為5個位。
但是問題來了，要是出現(xiàn)連續(xù)性的5個位甚至更長時間沒有邊沿跳變（例如數(shù)據(jù)段全為0x56），那該如何解決呢？CAN-bus對這種情況又進(jìn)行了規(guī)范，如果傳輸?shù)奈恍盘栠B續(xù)5個位是相同的，就要插入一個電平相反的位，這個就是CAN-bus的“位填充”規(guī)則。如圖 4。
圖 4 位填充規(guī)則
0x00和0x55
由于位填充規(guī)則的存在，所以就存在即使兩個幀都是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，但發(fā)送不同ID或者數(shù)據(jù)段的時候報文時間會不同，圖5為1M波特率下ID跟數(shù)據(jù)都為0x00的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀報文。原本108個位的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的真實的報文時間為123us。
圖 5 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀0x00報文
而0x55的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀報文格式則如圖 6：ID為555H，數(shù)據(jù)段為55H，報文沒有出現(xiàn)連續(xù)的相同位，所以填充位最少，8位的數(shù)據(jù)段位時間為標(biāo)準(zhǔn)的8us，全報文時間為108us。
圖 6 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀0x55報文
下表給出了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀、擴展數(shù)據(jù)幀、標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀、擴展遠(yuǎn)程幀四種幀類型在發(fā)送不同ID和數(shù)據(jù)時位時間的差別。
表 2 不同ID和數(shù)據(jù)位填充位數(shù)不一樣
通過CAN-Scope總線分析儀的報文接收和示波器，可以將每一幀報文跟波形做一一對應(yīng)，快速分析總線上的報文時間和波形情況，實現(xiàn)CAN總線的快速故障定位和干擾排除。