CAN之数据链路层协议

胡诌一番

大多数书籍一上来就是什么计算机OSI模型，什么CAN模型对比OSI模型。各种协议摆出来一大堆，让人摸不着头脑，这种东西说实在没什么用，底层链路层协议全部通过硬件实现了，你仅仅需要了解然后学会配置（驱动硬件）即可，没必要花大篇幅去学习一大堆鬼东西。重点应该放在上层协议之上（例如应用层协议）。这些观点可以适用于TCP/IP协议栈的学习。
对于CAN主要理解以下两点：
1、CAN2.0-A和CAN2.0-B标准协议也就是所谓的链路层协议，这些都是通过硬件实现，咱们就大概了解协议，然后学会配置STM32或其他设备相应的寄存器来实现CAN标准协议（驱动程序）。
2、CAN应用层协议，这个才是重点，软件实现。应用层协议其实可以自己定义，但是为了和其他公司的产品兼容，咱们就必须使用一种国际上定义的标准应用层协议。这里有很多，我们就学习使用比较多的CANOpen协议。

CAN2.0标准协议及STM32硬件配置

逻辑电平

CAN有两根线，CANH和CANL，硬件通过识别这两根线上的电平来确定总线数值是显性数值”0”，还是隐形数值”1”。如何识别及电平关系不需要明白，硬件给你处理。但是这里必须清楚一点就是显性和隐形同时发送，最后总线数值为显性数值0。

CAN总线帧格式

数据就是通过这种格式按位发送出去。

总线上总共有以下5种不同类型的帧。

帧类型	帧用途
数据帧	节点传送和接收数据的帧
远程帧	用于接收节点向具有相同ID的发送节点请求数据的帧
错误帧	当检测到错误向其他节点通知错误的帧
过载帧	接收节点通知其他节点自己还没准备好接收帧
帧间隔	用于将数据帧和远程帧与前面的帧分离开

数据帧（重点）

• 帧开始：标志数据帧和远程帧的开始，有一个单独的显性位(0)组成。一个节点只有在空闲时，才允许发送数据。所有节点必须同步总线跳变沿。
• 仲裁场：标准格式和扩展格式。包括识别符和远程发送请求位（RTR）。识别符长度是11位，发送顺序是ID10-ID0。最高的7位（ID10-ID4）必须不能全为隐形（1）。RTR位，数据帧为显性，远程帧为隐形。这里的显和隐实际对应数据的0和1，送到CAN控制器之后自动将0和1转换成对应的显性电平和隐形电平。
• 控制场：6个位组成，包含数据长度代码和两个将来作为扩展用的保留位，所有保留位必须位显性。数据长度代码指示数据场中字节数量，因为4位，所以允许发送数据0-8字节。
• 数据场：实际的数据字段。
• CRC场：包括CRC序列和CRC界定符。这里具体怎么计算不需要清楚，因为硬件实现了，仅仅知道这就是校验码而已，用于在接收端校验接收的数据是否正确。
• 应答场：2bit，应答间隙和应答界定符。发送方发送两个隐性位。这个不需要管
• 帧结束：每一个数据帧都有结束标识序列。由7个隐性位。
• 上述最重要的信息就是数据字节最长是8。

远程帧

错误帧

错误帧由两个不同的场组成，硬件实现和软件无关。

过载帧

暂时不考虑，这硬件实现。

帧间隔

暂时不考虑，硬件实现。

仲裁场两种格式

标准格式：11位标识符，其余和前面一样
扩展格式：11位基本ID，18位扩展ID。基本ID定义扩展帧基本优先权。SRR为替代远程请求位，是隐性位。了解即可，不必追究。

总线仲裁过程（重点）

CAN总线上节点没有主从之分，所有节点级别都一样，可以发送也可以接收。只要总线空闲，发送节点就可以发送数据，发送节点不会指定由哪个一个节点接收，而是由接收节点自己过滤选择是否接收含有该标识符ID的数据，就像收音机一样，广播台发出信号都可以被听众收到，但是听众可以选择自己喜欢的台。

• 回读：节点发送数据的同时，同时也再读取数据，并与自己发送数据对比。

• 线与：如果同时有几个节点往CAN总线上传递信息，采取线与机制，也就是说除非所有的节点都发送1，总线上才会是1，只要有一个节点发送0，总线上就是0。如果一个节点A发送了1，而其他节点发送了0，那么总线上是0，节点A通过回读就会发现总线上的电平与自己发送的不一致，从而采取相应的措施(退出仲裁，报错等)。需要注意的是1和0由CAN_H和CAN_L两条线差分电压得来，并不是一条线传递1, 另一条线传递0。

• 仲裁：总线空闲，最先开始发送消息的节点获得发送权，当多个节点同时发送数据，那么需要仲裁，通过线与和回读功能比较数据的标识符（从仲裁段第一位开始仲裁），标识符小的获得仲裁，标识符大的推出仲裁，转变为接收，并且不会在总线再次空闲前发送报文，也就是说当总线空闲时候，推出仲裁的帧才重新发送数据。

• 数据帧和远程帧优先级：假如一个发送节点发送了远程帧请求A发送数据并且同时A节点也正在发送数据，那么二者标识符相同，需要仲裁。RTR为显性位的数据帧具有优先权，可以继续发送。

• 标准格式和扩展格式优先级：从仲裁位开始仲裁，标准格式RTR位显性，牛逼，具有优先权可以继续发送。

报文重发与位填充

这里说了很多，但是都是硬件已经帮助你完成了，这里可以不用了解。直接忽略过去。。。。。

STM32配置CAN

CAN协议规定了好几种帧类型，但是对于我们应用来说，只有数据帧和远程帧可以通过软件编程来控制。（其他几种帧都是由CAN控制器硬件实现的，我们也管不了）。而数据帧和远程帧最大的区别在于：远程帧没有数据域。数据帧分为标准数据帧和扩展数据帧，它们之间最大的区别在于：仲裁场的不同。
这里直接参考《STM32 CAN发送和接收过滤详解》。

参考文献：

《手把手教你学CAN总线》
《CAN_BusSpecificationV2.0中文版》
《STM32CAN发送和接收过滤详解》
这里数据链路层就这个样子了。。。。。不需要再进一步深入了。。。。。。