一条CAN报文到底有多少位？

CAN-bus总线是应用最广泛的现场总线之一，而很多非常熟练的CAN工程师，面对一条CAN报文到底有多少位的问题时，却不能非常准确地回答。今天我们就从最基本的帧格式来解惑一条CAN报文的到底有多少位。

CAN报文帧分为几种呢？CAN-bus通信帧共分为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。而数据帧和远程帧又有标准帧和扩展帧两种。其帧类型以及用途如表 1所示:

表 1  帧类型及用途

数据帧

数据帧从结构上看分为7段，分别为起始段、仲裁段、控制段、数据段、CRC校验段、ACK应答段、帧结束段。如图1：

图 1  标准数据帧跟扩展数据帧结构图

• 帧起始段：该段由单个显性位构成,在总线空闲时才允许发送,所有节点必须同步于开始发送的数据帧的起始位;

  
  

• 标准帧仲裁段：标准帧的仲裁段由11位ID码和一个显性位RTR码组成，RTR码为远程帧标识位；

  
  

• 扩展帧仲裁段：扩展帧的仲裁段由29位ID码、一位显性的SRR码、一位隐性的IDE码和一位显性的RTR码组成；

  
  

• 标准帧控制段：标准帧的控制段由单位显性的IDE、保留位r0和4位数据长度代码DLC组成，DLC数据段采用BCD编码；

  
  

• 扩展帧控制段：扩展帧的控制段由两个保留位r1和r0和4位的DLC数据段组成，r1和r0都为显性填充,接收时无论保留位是显性还是隐性都没有影响；

  
  

• 数据段：一个数据段为8个字节；

  
  

• CRC校验段：CRC校验段由15位的校验码和1个隐性位填充的CRC界定符组成，CRC校验范围为帧起始、仲裁段、控制段和数据段；

  
  

• ACK段：ACK段由ACK码和一个隐性位ACK界定符组成，发送节点在ACK段发送两个隐性位，接收节点在收到的报文ACK前面的帧格式没有错误时，他将发出ACK码为显性位的报文。

  
  

• 帧结束段：由7个连续的隐性位组成。

远程帧

远程帧帧格式跟数据帧类似，也分为标准帧跟扩展帧，但是远程帧属于被请求发送节点发送的报文，而数据帧是发送节点的报文。如图 2，远程帧没有数据帧。

图 2  标准远程帧和扩展远程帧的结构图

参照数据帧可了解远程帧的结构，但是两者之间也有不同：

• SRR段和RTR段：数据帧是显性电平，远程帧是隐性电平；

• 节点性质：数据帧是发送节点发出的报文格式，远程帧是被请求发送的节点发送的报文格式；

• CRC校验范围：数据帧是帧起始、仲裁段、控制段和数据段，而远程帧则是帧起始、仲裁段和控制段。

  
  

了解了数据帧跟远程帧的标准报文格式后，有些人可能会问了，我有时看到的报文为什么跟你的标准格式的位数不一样呢？

位填充

CAN-bus属于异步串行通信，这种通信方式没有时钟线，所以各个收发器的时钟不可能完全一致，时钟不一致就会造成偏差。所以为了解决这个问题，CAN总线采用同步的方式来校准时钟。CAN-bus规定信号的跳变沿为同步信号，只要信号发生变化，节点时钟就被同步一次。CAN-bus还规定同步的最大周期为5个位。

但是问题来了，要是出现连续性的5个位甚至更长时间没有边沿跳变（例如数据段全为0x56），那该如何解决呢？CAN-bus对这种情况又进行了规范，如果传输的位信号连续5个位是相同的，就要插入一个电平相反的位，这个就是CAN-bus的“位填充”规则。如图 4。

图 4  位填充规则

0x00和0x55

由于位填充规则的存在，所以就存在即使两个帧都是标准数据帧，但发送不同ID或者数据段的时候报文时间会不同，图5为1M波特率下ID跟数据都为0x00的标准数据帧报文。原本108个位的标准数据帧的真实的报文时间为123us。

图 5 标准数据帧0x00报文

而0x55的标准数据帧报文格式则如图 6：ID为555H，数据段为55H，报文没有出现连续的相同位，所以填充位最少，8位的数据段位时间为标准的8us，全报文时间为108us。

图 6  标准数据帧0x55报文

下表给出了标准数据帧、扩展数据帧、标准远程帧、扩展远程帧四种帧类型在发送不同ID和数据时位时间的差别。

表 2  不同ID和数据位填充位数不一样

通过CAN-Scope总线分析仪的报文接收和示波器，可以将每一帧报文跟波形做一一对应，快速分析总线上的报文时间和波形情况，实现CAN总线的快速故障定位和干扰排除。