AUTOSAR基础之CAN

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CAN总线简称Controller Area Network，是ISO国际标准化串行通信协议。CAN总线具有很高的可靠性，广泛应用于汽车电子，工业自动化以及医疗等行业。如图是车载CAN网络的示意图。

CAN总线的特点：

1. 多主控制：总线空闲时，所有单元均可发送消息，通过仲裁机制决定优先级。

2. 传输速度快，传输距离远：最高1Mb(距离小于40M)，最远10KM（速率小于5KBps）

3. 具有错误检测，错误通知和错误恢复的功能：所有单元都可以检测错误，并且会立即通知其它单元。检测到错误会立即结束当前发送，并重复发送直至发送成功。

CAN总线的物理层如下图所示，由CANH和CANL两条线组成，两端各连接有120欧姆电阻。各个节点通过CAN收发器连接在总线上。

CAN总线传输的是差分信号，通过CANH与CANL的电压差表示电平。差分信号具有抗干扰能力强，能有效抑制外部电磁干扰。如图所示，CANH-CANL为2V时，为显性电平即逻辑0，CANH-CANL为0时为隐性电平，即逻辑1。实际使用中，通过CAN收发器将差分信号转换为逻辑电平。

CAN通信具有5种帧类型：

1.数据帧

数据帧用发送单元向接收单元传输数据，其构成如图所示。数据帧共由七个段构成。

（1）帧起始：用于表示帧开始的段。

（2）仲裁段：用于表示优先级的段，通常为ID。

（3）控制段：表示数据的字节数及保留位的段。

（4）数据段：数据的内容 通常为0-8个字节的数据

  (5)  CRC段：检查帧的传输错误的段。

（6）ACK段：表示确认正常接收的段

（7）帧结束：表示数据帧结束的段

（1）帧起始

表示帧开始的段，由1个位的显性位构成。

（2）仲裁段

表示数据优先级的段，标准帧与拓展帧在此段的构成不同。

ID：高位在前，低位在后

基本ID：禁止高7位都为隐性：ID=1111111XXXX

RTR：远程请求。0 数据帧  1远程帧

SRR：替代远程请求位。设置为1 隐性电平

IDE：标识符选择位：0 标准帧 1拓展帧

（3）控制段

控制段由6个位构成，表示数据段的字节数，标准帧与拓展帧格式构成有所不同。

ro,r1：保留位，必须以显性电平发送，但是接收可以是隐性电平

DLC：数据长度编码。0-8表示数据长度

IDE：标志符选择位。0，标准标识符，1拓展标识符。

（4）数据段

数据段包含0-8个字节的数据。从最高位开始输出。标准帧与拓展帧格式一致。

（5）CRC段

CRC 段是检查帧传输错误的帧。由 15 个位的 CRC 顺序 和 1 个位的 CRC 界定符（用于分隔的位）构成。

（6）ACK段

ACK 段（Acknowledge Bit）用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 个位构成，拓展帧与标准帧格式相同。

发送单元ACK段：发送两个隐性位

接受单元ACK段：接受到正确的消息单元，在ACK槽发送显性位，通知发送单元，正常接收结束。

（7）帧结束

帧结束是表示该该帧的结束的段。由 7 个位的隐性位构成。

2.遥控帧

接收单元向发送单元请求发送数据所用的帧。遥控帧由 6 个段组成。遥控帧没有数据帧的数据段。

遥控帧的构成如图 25 所示。

（1）帧起始：表示帧开始的段。（2）仲裁段：表示该帧优先级的段。（3）控制段：表示数据的字节数及保留位的段。（4）CRC 段：检查帧的传输错误的段。（5）ACK 段：表示确认正常接收的段。（6）帧结束：表示遥控帧结束的段。

遥控帧与数据帧的区别在于：遥控帧的RTR位为隐性位，没有数据段。

3.错误帧

错误标志包括主动错误标志和被动错误标志以及错误界定符构成。

主动错误标志：6个显性位 （0）

被动错误标志：6个隐形位 （1）

4.过载帧

过载帧是用于接收单元通知其尚未完成接收准备的帧。过载帧由过载标志和过载界定符构成。

过载标志：6个位的显性位。

过载帧界定符：8个位的隐性位。

当多个单元同时发送数据时，会根据以下两个规则进行仲裁。

1.在总线空闲时，最先开始发送消息的单元获得发送权。

2.多个单元同时发送时，各单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁，连续输出显性电平多的单元继续发送。.

3.相同ID和格式的数据帧和遥控帧，数据帧具有更高优先级，因为数据中的RTR位时显性电平，而遥控帧的RTR位时显性电平；

4.对于11位标准ID相同的标志数据帧和扩展数据帧，标准数据帧具有更高的优先级，因为标志数据帧的IDE位时显性电平，而扩展数据帧的IDE位时隐性电平。

CAN通信需要各个节点以相同的波特率进行数据通信。位时序是指一个节点采集CAN总线上一个位数据的时序，通过对位时序的控制，可以进行位同步，以保证数据的准确性。位时间 = 1/波特率。

想要了解位时序，还需要知道位速率，位速率说白了就是每秒发送多少个位。一个位又可以分位4段，分别为：同步段（SS）；传播时间段（PTS）；相位缓冲段1（PBS1）；相位缓冲段2（PBS2）,这些段由这些段又由可称为 Time Quantum（以下称为 Tq）的最小时间单位构成。

1 位分为 4 个段，每个段又由若干个 Tq 构成，这称为位时序。

1 位由多少个 Tq 构成、每个段又由多少个 Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。各段的作用和 Tq 数如表 所示。1 个位的构成如图 所示。

上图的采样点，是指读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。位置在 PBS1 结束处。根据这个位时序，我们就可以计算 CAN 通信的波特率了。

来源：CSDN@Gentleman_Lh

https://blog.csdn.net/qq_17291423/article/details/145717118