詳解CAN總線：CAN總線報文格式—數據幀

CAN總線上傳輸的信息稱為報文，當總線空閑時任何連接的單元都可以開始發送新的報文。

CAN通信是通過以下5種類型的幀進行的：

• 數據幀 

• 遙控幀 

• 錯誤幀 

• 過載幀 

• 幀間隔

另外，數據幀和遙控幀有標準格式和擴展格式兩種格式。標準格式有 11 個位的標識符（Identifier: 以下簡稱 ID）， 擴展格式有 29 個位的 ID。

各種幀的用途如下表所示：

近期打算寫5篇文章，分別詳細介紹這5種類型的CAN總線報文格式，本篇博文將詳細講解CAN數據幀格式，創作不易，請各位朋友多多點贊、收藏、關注支持~

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數據幀由7個段構成，圖解說明如下所示：

• 幀起始：表示數據幀開始的段；

• 仲裁段：表示該幀優先級的段，根據仲裁段ID碼長度的不同，分為標準幀（CAN 2.0A）和擴展幀（CAN 2.0B）；

• 控制段：表示數據的字節數及保留位的段；

• 數據段：數據的內容，可發送0~8個字節的數據；

• CRC段：檢查幀的傳輸錯誤的段；

• ACK段：表示確認正常接收的段；

• 幀結束：表示數據幀結束的段。

1

幀起始

幀起始由1個顯性位組成。總線空閑時，發送節點發送幀起始，其他接收節點同步于該幀起始位。

總線上的電平有顯性電平和隱性電平兩種。

總線上執行邏輯上的線“與”時，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。

“顯性”具有“優先”的意味，只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強。）

2

仲裁段

仲裁段用于寫明需要發送到目的CAN節點的地址、確定發送的幀類型（當前發送的是數據幀還是遙控幀），并確定發送的幀格式是標準幀還是擴展幀。

仲裁段在標準格式幀和擴展格式幀中有所不同。標準格式幀的仲裁段由11位標識符和遠程發送請求位RTR組成，擴展格式幀的仲裁段由29位標識符和遠程發送請求位RTR組成。

2.1、標準數據幀

標準數據幀基于早期的CAN規格（1.0和2.0A版），使用了11位的識別域。

CAN標準幀幀信息是11字節，包括幀描述符和幀數據兩部分。如下表所列：

前3字節為幀描述部分。字節1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在標準幀中FF=0，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數據幀，RTR=1表示為遠程幀。DLC表示在數據幀時實際的數據長度。

標準數據幀的 ID 有 11 個位。從 ID10 到 ID0 依次發送。禁止高 7 位都為隱性（禁止設定：ID=1111111XXXX）。

字節2~3為報文識別碼，其高11位有效。

字節4~11為數據幀的實際數據，遠程幀時無效。

2.2、擴展數據幀

CAN擴展幀幀信息是13字節，包括幀描述符和幀數據兩部分，如下表所示：

前5字節為幀描述部分。字節1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在擴展幀中FF=1，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數據幀，RTR=1表示為遠程幀。DLC表示在數據幀時實際的數據長度。

擴展格式的 ID 有 29 個位。基本 ID 從 ID28 到 ID18，擴展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和 標準格式的 ID 相同。禁止高 7 位都為隱性（禁止設定：基本 ID=1111111XXXX）。

字節2~5為報文識別碼，其高28位有效。

字節6~13為數據幀的實際數據，遠程幀時無效。

3

控制段

控制段由6個位組成，包括數據長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位，標準格式和擴展格式的構成有所不同。

數據長度代碼指示了數據段中的字節數量。數據長度代碼為4個位，在控制段里被發送，數據幀長度允許的字節數為0、1、2、3、4、5、6、7、8，其他數值為非法的。

保留位（r0、r1）必須全部以顯性電平發送。但接收方可以接收顯性、隱性及其任意組合的電平。

數據長度碼（DLC）與數據的字節數的對應關系如下表所示：

數據的字節數必須為 0~8 字節，但接收方對 DLC = 9~15 的情況并不視為錯誤。

4

數據段

數據段由數據幀中的發送數據組成，它可以為0~8字節，每字節包含了8位，首先發送最高有效位MSB，依次發送至最低有效位LSB。

5

CRC段

CRC段是檢查幀傳輸錯誤的幀，包括：15 個位的 CRC序列（CRC SEQUENCE）和1 個位的CRC界定符（CRC DELIMITER）構成。

CRC序列是根據多項式生成的 CRC 值，CRC 的計算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數據 段。接收方以同樣的算法計算 CRC 值并進行比較，不一致時會通報錯誤。

6

ACK段

ACK段用來確認是否正常接收。由 ACK 槽（ACK SLOT）和 ACK 界定符（ACK DELIMITER）2 個位構成。

發送單元在 ACK 段發送 2 個位的隱性位。當接收器正確地接收到有效的報文時，接收器就會在應答間隙（ACK SLOT）期間（發送ACK 信號）向發送器發送一個“顯性”的位以示應答，通知發送單元正常接收結束，這稱作“發送 ACK”或者“返回 ACK”。

發送 ACK/返回 ACK是在既不處于總線關閉態也不處于休眠態的所有接收單元中，接收到正常消息的單元 （發送單元不發送 ACK）。所謂正常消息是指不含填充錯誤、格式錯誤、CRC 錯誤的消息。

7

幀結束

幀結束是由每一個數據幀和遠程幀的標志序列界定的，這個標志序列由7個“隱性”位組成。