通讯协议的应用之CAN

（参考野火、正点原子教程）

CAN物理层分类：

1. 闭环总线网络

 闭环总线CAN通讯网络是一种遵循 ISO11898标准的高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为 40m，通信速度最高为 1Mbps，总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻，如下图所示。

 2. 开环总线网络

开环总线CAN是遵循 ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为 1km，最高通讯速率为 125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2 千欧”的电阻，如下图所示。

 以下以CAN闭环网络进行分析：

 从上图特性可以看出，显性电平对应逻辑 0，CAN_H 和 CAN_L 之差为 2.5V 左右。而隐性电平对应逻辑 1，CAN_H 和 CAN_L 之差为 0V。在总线上显性电平具有优先权，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，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）。另外，在 CAN 总线的起止端都有一个 120Ω的终端电阻，来做阻抗匹配，以减少回波反射。

CAN 协议是通过以下 5 种类型的帧进行的：
  数据帧
  遥控帧
  错误帧
  过载帧
  间隔帧

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（ID），扩展格式有 29 个位的 ID。各种帧的用途如下表所示：

 以下对数据帧进行详细介绍，数据帧一般由 7 个段构成，即：
（1） 帧起始：表示数据帧开始的段；
（2） 仲裁段：表示该帧优先级的段；
（3） 控制段：表示数据的字节数及保留位的段；
（4） 数据段：数据的内容，一帧可发送 0~8 个字节的数据；
（5） CRC 段：检查帧的传输错误的段；
（6） ACK 段：表示确认正常接收的段；
（7） 帧结束：表示数据帧结束的段。

帧起始：这个比较简单，标准帧和扩展帧都是由 1 个位的显性电平表示帧起始。
仲裁段：表示数据优先级的段，标准帧和扩展帧格式在本段有所区别，如图 34.1.3 所示：

标准格式的 ID 有 11 个位。从 ID28 到 ID18 被依次发送。禁止高 7 位都为隐性（禁止设定：ID=1111111XXXX）。

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）。

其中 RTR 位用于标识是否是远程帧（即遥控帧）（0，数据帧；1，远程帧），IDE 位为标识符选择位（0，使用标准标识符；1，使用扩展标识符），SRR 位为代替远程请求位，为隐性位，它代替了标准帧中的 RTR 位。

控制段：由 6 个位构成，表示数据段的字节数。标准帧和扩展帧的控制段稍有不同，如图34.1.4 所示：

上图中，r0 和 r1 为保留位，必须全部以显性电平发送，但是接收端可以接收显性、隐性及任意组合的电平。DLC 段为数据长度表示段，高位在前，DLC 段有效值为 0~8，但是接收方接收到 9~15 的时候并不认为是错误。 

数据段：该段可包含 0~8 个字节的数据。从最高位（MSB）开始输出，标准帧和扩展帧在这个段的定义都是一样的。如图 34.1.5 所示：

 CRC 段：该段用于检查帧传输错误。由 15 个位的 CRC 顺序和 1 个位的 CRC 界定符（用于分隔的位）组成，标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。如图 34.1.6 所示：

此段 CRC 的值计算范围包括：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。

ACK 段：此段用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 个位组成。标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。如图 34.1.7 所示：

发送单元的 ACK，发送 2 个位的隐性位，而接收到正确消息的单元在 ACK 槽（ACK Slot）发送显性位，通知发送单元正常接收结束，这个过程叫发送 ACK/返回 ACK。发送 ACK 的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。

帧结束：这个段也比较简单，标准帧和扩展帧在这个段格式一样，由 7 个位的隐性位组成。