CAN-bus總線是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,,而很多非常熟練的CAN工程師,面對(duì)一條CAN報(bào)文到底有多少位的問(wèn)題時(shí),,卻不能非常準(zhǔn)確地回答,。今天我們就從最基本的幀格式來(lái)解惑一條CAN報(bào)文的到底有多少位。
CAN報(bào)文幀分為幾種呢,?CAN-bus通信幀共分為數(shù)據(jù)幀,、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀,、過(guò)載幀和幀間隔,。而數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀又有標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種。其幀類(lèi)型以及用途如表 1所示:
表 1 幀類(lèi)型及用途
數(shù)據(jù)幀
數(shù)據(jù)幀從結(jié)構(gòu)上看分為7段,,分別為起始段,、仲裁段、控制段,、數(shù)據(jù)段,、CRC校驗(yàn)段、ACK應(yīng)答段,、幀結(jié)束段,。如圖1:
圖 1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀跟擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖
幀起始段:該段由單個(gè)顯性位構(gòu)成,在總線空閑時(shí)才允許發(fā)送,所有節(jié)點(diǎn)必須同步于開(kāi)始發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的起始位;
標(biāo)準(zhǔn)幀仲裁段:標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁段由11位ID碼和一個(gè)顯性位RTR碼組成,RTR碼為遠(yuǎn)程幀標(biāo)識(shí)位,;
擴(kuò)展幀仲裁段:擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)幀控制段:標(biāo)準(zhǔn)幀的控制段由單位顯性的IDE,、保留位r0和4位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼DLC組成,,DLC數(shù)據(jù)段采用BCD編碼;
擴(kuò)展幀控制段:擴(kuò)展幀的控制段由兩個(gè)保留位r1和r0和4位的DLC數(shù)據(jù)段組成,,r1和r0都為顯性填充,接收時(shí)無(wú)論保留位是顯性還是隱性都沒(méi)有影響,;
數(shù)據(jù)段:一個(gè)數(shù)據(jù)段為8個(gè)字節(jié);
CRC校驗(yàn)段:CRC校驗(yàn)段由15位的校驗(yàn)碼和1個(gè)隱性位填充的CRC界定符組成,,CRC校驗(yàn)范圍為幀起始,、仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段,;
ACK段:ACK段由ACK碼和一個(gè)隱性位ACK界定符組成,,發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ACK段發(fā)送兩個(gè)隱性位,接收節(jié)點(diǎn)在收到的報(bào)文ACK前面的幀格式?jīng)]有錯(cuò)誤時(shí),,他將發(fā)出ACK碼為顯性位的報(bào)文,。
幀結(jié)束段:由7個(gè)連續(xù)的隱性位組成。
遠(yuǎn)程幀
遠(yuǎn)程幀幀格式跟數(shù)據(jù)幀類(lèi)似,,也分為標(biāo)準(zhǔn)幀跟擴(kuò)展幀,,但是遠(yuǎn)程幀屬于被請(qǐng)求發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文,而數(shù)據(jù)幀是發(fā)送節(jié)點(diǎn)的報(bào)文,。如圖 2,,遠(yuǎn)程幀沒(méi)有數(shù)據(jù)幀。
圖 2 標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀和擴(kuò)展遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu)圖
參照數(shù)據(jù)幀可了解遠(yuǎn)程幀的結(jié)構(gòu),,但是兩者之間也有不同:
SRR段和RTR段:數(shù)據(jù)幀是顯性電平,,遠(yuǎn)程幀是隱性電平;
節(jié)點(diǎn)性質(zhì):數(shù)據(jù)幀是發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出的報(bào)文格式,,遠(yuǎn)程幀是被請(qǐng)求發(fā)送的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文格式,;
CRC校驗(yàn)范圍:數(shù)據(jù)幀是幀起始、仲裁段,、控制段和數(shù)據(jù)段,,而遠(yuǎn)程幀則是幀起始、仲裁段和控制段,。
了解了數(shù)據(jù)幀跟遠(yuǎn)程幀的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式后,,有些人可能會(huì)問(wèn)了,我有時(shí)看到的報(bào)文為什么跟你的標(biāo)準(zhǔn)格式的位數(shù)不一樣呢,?
位填充
CAN-bus屬于異步串行通信,,這種通信方式?jīng)]有時(shí)鐘線,所以各個(gè)收發(fā)器的時(shí)鐘不可能完全一致,,時(shí)鐘不一致就會(huì)造成偏差,。所以為了解決這個(gè)問(wèn)題,CAN總線采用同步的方式來(lái)校準(zhǔn)時(shí)鐘,。CAN-bus規(guī)定信號(hào)的跳變沿為同步信號(hào),,只要信號(hào)發(fā)生變化,節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘就被同步一次,。CAN-bus還規(guī)定同步的最大周期為5個(gè)位,。
但是問(wèn)題來(lái)了,要是出現(xiàn)連續(xù)性的5個(gè)位甚至更長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有邊沿跳變(例如數(shù)據(jù)段全為0x56),,那該如何解決呢,?CAN-bus對(duì)這種情況又進(jìn)行了規(guī)范,如果傳輸?shù)奈恍盘?hào)連續(xù)5個(gè)位是相同的,,就要插入一個(gè)電平相反的位,,這個(gè)就是CAN-bus的“位填充”規(guī)則。如圖 4,。
圖 4 位填充規(guī)則
0x00和0x55
由于位填充規(guī)則的存在,,所以就存在即使兩個(gè)幀都是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀,但發(fā)送不同ID或者數(shù)據(jù)段的時(shí)候報(bào)文時(shí)間會(huì)不同,,圖5為1M波特率下ID跟數(shù)據(jù)都為0x00的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀報(bào)文,。原本108個(gè)位的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的真實(shí)的報(bào)文時(shí)間為123us。
圖 5 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀0x00報(bào)文
而0x55的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀報(bào)文格式則如圖 6:ID為555H,,數(shù)據(jù)段為55H,,報(bào)文沒(méi)有出現(xiàn)連續(xù)的相同位,所以填充位最少,,8位的數(shù)據(jù)段位時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)的8us,,全報(bào)文時(shí)間為108us。
圖 6 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀0x55報(bào)文
下表給出了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀,、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀,、標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程幀、擴(kuò)展遠(yuǎn)程幀四種幀類(lèi)型在發(fā)送不同ID和數(shù)據(jù)時(shí)位時(shí)間的差別,。
表 2 不同ID和數(shù)據(jù)位填充位數(shù)不一樣
通過(guò)CAN-Scope總線分析儀的報(bào)文接收和示波器,,可以將每一幀報(bào)文跟波形做一一對(duì)應(yīng),快速分析總線上的報(bào)文時(shí)間和波形情況,,實(shí)現(xiàn)CAN總線的快速故障定位和干擾排除,。