CAN Frame详解

CAN Frame是CAN总线通信的基本单位，它有多种类型，其中最常见的是数据帧（Data Frame），用于传输数据。数据帧有标准格式（Standard Format）和扩展格式（Extended Format），它们的字段如下：

• 标准格式的数据帧有七个字段，分别是：

  • (1).帧起始（Start Of Frame-SOF），1 bits，显性信号，表示数据帧的开始 。
  • (2).仲裁段（Arbitration Field-ARB Field），13 bits，包括标识符位（Identifier field-ID），12 bits，用于表示数据帧的优先级和功能地址 ；远程发送请求位（Remote Transfer Request-RTR），1 bit，用于区分数据帧和远程帧 。
  • (3).控制段（Control Field-CTRL Field），7 bits，包括扩展标识符位（Identifier Extension bit-IDE），1 bit，用于表示该帧是标准格式还是扩展格式 ；（FDF event type是指CAN FD帧中的FDF bit（FD帧格式）的值，用于区分经典CAN帧和CAN FD帧。FDF event type有两种可能，分别是：
  • FDF = 显性信号（0），表示该帧是经典CAN帧，使用标准的数据段长度和比特率12。
  • FDF = 隐性信号（1），表示该帧是CAN FD帧，可以使用更长的数据段长度和更高的比特率

  • FDF event type的作用是让节点可以识别不同的帧格式，从而支持经典CAN和CAN FD的混合网络。CAN FD帧可以传输更高的速率和更长的数据段，提高了网络的效率和性能）；数据长度编码位（Data Length Code-DLC），5 bits，用于表示该帧实际发送的数据的长度 。

  • (4).数据段（Data Field-DATA Field），77个 bits，用于发送数据的内容 。
  • (5).循环校验段（CRC Field），18 bits（这个长度不确定的），包括循环校验序列（CRC Sequence），17 bits，用于校验传输是否正确 ；界定符（Delimiter-DEL），1 bit，隐性信号，表示循环校验序列的结束 。
  • (6).确认段（ACK Field），2 bits，包括确认位（ACK SLOT），1 bit，用于表示是否正常接收 ；界定符（Delimiter-DEL），1 bit，隐性信号 。
  • 帧结束（End of Frame-EOF），7 bits，隐性信号，表示帧的结束 。

• 扩展格式的数据帧与标准格式的数据帧相比，在仲裁段和控制段有所不同：

  • 仲裁段（Arbitration Field），32 bits，包括基本标识符位（Base identifier-Base ID），11 bits，与标准格式的标识符相同 ；替代远程请求位（Substitute Remote Request Bit-SRR），1 bit，隐性信号 ；扩展位（Identifier Extension Bit-IDEA），18 bits，用于扩展标识符的长度 ；远程发送请求位（Remote Transfer Request-RTR），1 bit，与标准格式相同 。
  • 控制段（Control Field），6 bits，包括保留位0和保留位1（Reseved bit0-r0 and Reseved bit1-r1），2 bits，保留，以后使用 ; 数据长度编码位（Data Length Code-DLC），4 bits，与标准格式相同

其余字段与标准格式相同。

CAN frame中，IFS和Stuff Bits是两个不同的概念，它们的作用和占用的位数如下：

• IFS（帧间隔）是指在两个连续的CAN frame之间的空闲时间，用于让控制器处理接收到的帧或准备发送下一个帧。IFS由7个隐性信号（recessive bit）组成，占用7 bits。IFS是CAN协议中规定的必要字段，用于保证帧之间的同步和分离
• Stuff Bits（填充位）是指在CAN frame中，为了防止误判帧起始或帧结束，而在数据段和CRC段中插入的额外的位。Stuff Bits的规则是：如果在ARB，CTRL，DATA，CRC段中出现了连续5个相同的位（显性信号或隐性信号），则在这5个位后面插入一个与之相反的位。Stuff Bits不占用固定的位数，而是根据数据段和CRC段中的位模式动态变化。Stuff Bits的作用是保证数据传输的可靠性和正确性

下图中的黄色bit为stuff bits，有17个stuff bits

 下图中的黄色bit为stuff bits，有15个stuff bits

 

CAN Frame中的显性信号和隐性信号是指CAN总线上的两种电平状态，用于表示逻辑0和逻辑1。显性信号是指CAN_H和CAN_L的电压差为2V，用0表示；隐性信号是指CAN_H和CAN_L的电压差为0V，用1表示

例如，如果一个CAN Frame的仲裁段为00000000000（标准格式），那么在CAN总线上，它会表现为11个显性信号，即CAN_H和CAN_L的电压差为2V的状态。如果一个CAN Frame的数据段为10101010（一个字节），那么在CAN总线上，它会表现为交替的显性信号和隐性信号，即CAN_H和CAN_L的电压差为2V或0V的状态