CAN Specification 2.0 PART B -- CAN message 定义（1）

记录 BOSCH CAN Specification 2.0 PART B CAN 协议标准学习过程，以备需要时查看；

BOSCH CAN Specification 2.0 文档获取：

http://esd.cs.ucr.edu/webres/can20.pdf

CAN message 定义

1. DATA FRAME 数据帧

DATA FRAME 由 Start of Frame, Arbitration Field, Control Field, Data Field, CRC Field, ACK Field, End of Frame 这几个位域组成；

START OF FRAME(SOF)  帧起始

由一个显性位组成（可以理解为MCU CAN TX pin上的低电平）；一个CAN网络上的所有节点根据SOF边沿来实现同步；

ARBITRATION FIELD 仲裁场

总线仲裁的概念

相当于总线上有多个节点在同一时刻控制总线，经过仲裁后，优先级高的节点会实际控制总线；

总线仲裁实现机制

总线上显性电平（可以理解为MCU CAN TX pin上的低电平）比隐性电平具有更高的优先级（可以理解为MCU CAN TX pin上的高电平）；

总线上的每个节点在同一时刻都按照自己的想法拉高或拉低总线，但实际总线的电平状态，类似于线与的效果；CAN总线上的电信号状态，在经过CAN transceiver 后，由一对查分信号CANH/CANL 来表示，CANH/CANL 间存在压差表示为显性，CANH/CANL间无压差表示为隐性；

仲裁场的格式

对于标准帧（Standard Frame）和扩展帧（Extended Frame）, 仲裁场的格式不同

标准帧（Standard Frame）的数据帧格式

扩展帧（Extended Frame）的数据帧格式

对于标准帧，仲裁场由11 bit 的ID 域和 1 bit RTR 控制位组成；

对于扩展帧，其仲裁场相比于标准帧，ID 在标准帧11 bit 的基础上增加了18 bit，扩展到 29 bit；另外多了两个控制位SRR 和IDE;

IDENTIFIER Field

ID 域可以理解为每个数据帧的独有的名字；

在标准帧中，ID域为11 bit；

在扩展帧中，ID由11 bit 的base ID 和 18 bit 的扩展ID组成；11 bit 的base ID 和标准帧中的ID一样，按照 ID28 - ID18 的顺序在总线上传输，最低位为ID18, 且高7位 ID28 - ID22 不能全是隐性电平；18 bit 的扩展ID 在总线上按照 ID17 - ID0 的顺序传输；

按照显性电平优先级高于隐性电平的规则，ID越小的数据帧，具有越高的优先级

RTR(Remote Transmission Request)

远程传输请求控制位，在数据帧中RTR为显性，在远程帧中RTR为隐性；所以ID相同时，数据帧的优先级高于远程帧；

SRR(Substitute Remote Request)

扩展帧中，用SRR位来代替标准帧中的RTR位；CAN协议规定，在扩展帧中，SRR位为隐性；

IDE(Identifier Extension Bit)

在标准帧中，IDE属于控制场（Control Field），在扩展帧中，IDE属于仲裁场；并且，CAN协议规定，在标准帧中，IDE为显性，在扩展帧中，IDE为隐性；

结合SRR，IDE位的特性，可以知道相同base ID 的标准帧和扩展帧同时在总线上传输数据时，标准帧具有更高的有限级；

小结

ID越小优先级越高；

数据帧优先级高于远程中；

base ID相同的数据帧，标准帧优先级高于扩展帧；

CONTROL FIELD 控制场

对于标准帧，控制场由 1 bit IDE控制位，1 bit r0 保留位，和 4 bit DLC（数据长度）位组成；

对于扩展帧，控制场由 2 bit r1/r0 保留位，和 4 bit DLC（数据长度）位组成；

DLC(Data Length Code) 决定后面数据场中传输数据的字节数；其中d表示显性电平（逻辑0），r表示隐性电平（逻辑1）

DATA FIELD 数据场

数据场为要在总线上传输的数据，字节数由DLC决定，每个字节8 bit，MSB先传输；

CRC FIELD 校验场

CRC 场由 CRC序列 和CRC 界定符两部分组成

CRC 序列由15 个 bit 组成，CRC计算的输入为从 SOF 到 DATA FIELD数据场的所有bit（除了位填充的bit外）；

使用的生成多项式为：

CRC界定符由 1 个bit 的隐性位组成；

ACK FIELD 应答场

应答场由ACK Slot 和ACK 界定符组成；

对于应答场，发送节点会发送2 个 bit 的隐性电平；接收节点在成功接收到一帧数据后，会在应答场将ACK Slot 设置为显性电平；总线上的所有节点都会在成功接收数据后，将ACK Slot 拉为显性电平；总线上有多个节点时，相当于只要有一个节点成功接收了这一帧数据，发送节点都会认为发送已成功；

ACK 界定符为1 bit 的隐性电平；

2. ERROR FRAME 错误帧

在数据传输发生错误时，CAN网络上的节点会向总线发送错误帧；错误帧由Error Flag 和 Error 界定符两部分组成；

根据发生错误时节点自身状态的不同，节点发送的Error Flag 不一样；

可以先简单的理解节点的错误状态有3 种：

• Error Active：一个节点健康时所处的状态
• Error Passive：节点已经有所不适
• Bus Off：节点出了严重问题，不能再参与总线活动

处于Error Active 状态的节点出现错误时，发送的Error Flag 为 6 个 bit 连续的显性位；处于Error Passive 状态的节点出现错误时，发送的Error Flag 为 6 个 bit 连续的隐性位（除非被其他节点发送的显性位拉至显性）

Active Error Flag 不符合从SOF 到CRC 界定符定义的位填充规则，或者会破坏ACK 场或END OF FRAME 的格式，导致其他节点也检测到错误，从而也发出Active Error Flag，因此，Active Error Flag 的长度为6 个bit 到 12 个bit；

Error 界定符包含 8 个bit 隐性位；

3. INTERFRAME SPACING 帧间空间

总线进行信号传输时，数据帧和远程帧需要和上一帧间保留帧间空间；错误帧及过载帧无需和上一帧保留帧间空间；

帧间空间由两个场组成, Intermission 和Bus Idle；

Intermission 由3个 bit 的隐性位组成；在Intermission 的第3 个bit 检测到显性位会认为是START OF FRAME;

Bus Idle 为总线的空闲时间，其长度是任意的，总线保持隐性电平状态；检测到显性电平即表示START OF FRAME;

对于之前发送过数据且处于Error Passive 状态的节点，其帧间空间加入Suspend Transmission 域；Suspend Transmission 为8 个bit 的隐性位；如果期间其他节点有发送数据，则这个Error Passive 的节点要变为接收节点，等其他节点发送完数据再尝试发送；

4. OVERLOAD FRAME 过载帧

触发过载帧发送的条件有3个：

接收节点自身处理上一帧数据需要时间，节点控制往总线上发送过载帧

检测到帧间隔Intermission域的第一个bit 和第二个bit 均为显性电平

在错误帧界定符 Error Delimiter 或过载帧界定符 Overload Delimiter的第八个bit 检测到显性位，此时会触发过载帧的发送，同时错误计数器不会增加

过载帧由 Overload Flag 和 Overload Delimiter 两个域组成；

Overload Flag 由6 个bit 显性位组成；Overload Flag 的格式破坏了帧间隔Intermission 的传输，然后其他节点也会检测到总线过载而发送Overload Flag； Overload Delimiter 由8 个bit 隐性位组成

5. REMOTE FRAME 远程帧（忽略）

6. CAN总线上一帧数据的传输时间

由1到5节一帧数据各个位域的说明可以知道，

传输一帧数据场为8byte数据的标准数据帧，需要111个位时间；假设总线波特率为500kbit/s，则这一帧数据的传输时间为222us；

传输一帧数据场为8byte数据的扩展数据帧，需要131个位时间；假设总线波特率为500kbit/s，则这一帧数据的传输时间为262us；

可以得到如下一帧数据的传输时间

或一段时间内总线可以传输的数据帧的个数