一條CAN報文到底有多少位？

CAN-bus總線是應用最廣泛的現場總線之一，而很多非常熟練的CAN工程師，面對一條CAN報文到底有多少位的問題時，卻不能非常準確地回答。今天我們就從最基本的幀格式來解惑一條CAN報文的到底有多少位。

CAN報文幀分為幾種呢？CAN-bus通信幀共分為數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔。而數據幀和遠程幀又有標準幀和擴展幀兩種。其幀類型以及用途如表 1所示：

表 1 幀類型及用途

? 數據幀

數據幀從結構上看分為7段，分別為起始段、仲裁段、控制段、數據段、CRC校驗段、ACK應答段、幀結束段。如圖1：

圖 1 標準數據幀跟擴展數據幀結構圖

· 幀起始段：該段由單個顯性位構成，在總線空閑時才允許發送，所有節點必須同步于開始發送的數據幀的起始位;

· 標準幀仲裁段：標準幀的仲裁段由11位ID碼和一個顯性位RTR碼組成，RTR碼為遠程幀標識位；

· 擴展幀仲裁段：擴展幀的仲裁段由29位ID碼、一位顯性的SRR碼、一位隱性的IDE碼和一位顯性的RTR碼組成；

· 標準幀控制段：標準幀的控制段由單位顯性的IDE、保留位r0和4位數據長度代碼DLC組成，DLC數據段采用BCD編碼；

· 擴展幀控制段：擴展幀的控制段由兩個保留位r1和r0和4位的DLC數據段組成，r1和r0都為顯性填充，接收時無論保留位是顯性還是隱性都沒有影響；

· 數據段：一個數據段為8個字節；

· CRC校驗段：CRC校驗段由15位的校驗碼和1個隱性位填充的CRC界定符組成，CRC校驗范圍為幀起始、仲裁段、控制段和數據段；

· ACK段：ACK段由ACK碼和一個隱性位ACK界定符組成，發送節點在ACK段發送兩個隱性位，接收節點在收到的報文ACK前面的幀格式沒有錯誤時，他將發出ACK碼為顯性位的報文。

· 幀結束段：由7個連續的隱性位組成。

? 遠程幀

遠程幀幀格式跟數據幀類似，也分為標準幀跟擴展幀，但是遠程幀屬于被請求發送節點發送的報文，而數據幀是發送節點的報文。如圖 2，遠程幀沒有數據幀。

圖 2 標準遠程幀和擴展遠程幀的結構圖

參照數據幀可了解遠程幀的結構，但是兩者之間也有不同：

· SRR段和RTR段：數據幀是顯性電平，遠程幀是隱性電平；

· 節點性質：數據幀是發送節點發出的報文格式，遠程幀是被請求發送的節點發送的報文格式；

· CRC校驗范圍：數據幀是幀起始、仲裁段、控制段和數據段，而遠程幀則是幀起始、仲裁段和控制段。

了解了數據幀跟遠程幀的標準報文格式后，有些人可能會問了，我有時看到的報文為什么跟你的標準格式的位數不一樣呢？

? 位填充

CAN-bus屬于異步串行通信，這種通信方式沒有時鐘線，所以各個收發器的時鐘不可能完全一致，時鐘不一致就會造成偏差。所以為了解決這個問題，CAN總線采用同步的方式來校準時鐘。CAN-bus規定信號的跳變沿為同步信號，只要信號發生變化，節點時鐘就被同步一次。CAN-bus還規定同步的最大周期為5個位。

但是問題來了，要是出現連續性的5個位甚至更長時間沒有邊沿跳變（例如數據段全為0x56），那該如何解決呢？CAN-bus對這種情況又進行了規范，如果傳輸的位信號連續5個位是相同的，就要插入一個電平相反的位，這個就是CAN-bus的“位填充”規則。如圖 4。

圖 4 位填充規則

? 0x00和0x55

由于位填充規則的存在，所以就存在即使兩個幀都是標準數據幀，但發送不同ID或者數據段的時候報文時間會不同，圖5為1M波特率下ID跟數據都為0x00的標準數據幀報文。原本108個位的標準數據幀的真實的報文時間為123us。

圖 5 標準數據幀0x00報文

而0x55的標準數據幀報文格式則如圖 6：ID為555H，數據段為55H，報文沒有出現連續的相同位，所以填充位最少，8位的數據段位時間為標準的8us，全報文時間為108us。

圖 6 標準數據幀0x55報文

下表給出了標準數據幀、擴展數據幀、標準遠程幀、擴展遠程幀四種幀類型在發送不同ID和數據時位時間的差別。

表 2 不同ID和數據位填充位數不一樣

通過CAN-Scope總線分析儀的報文接收和示波器，可以將每一幀報文跟波形做一一對應，快速分析總線上的報文時間和波形情況，實現CAN總線的快速故障定位和干擾排除。