1、CAN-Bus數據鏈路層,目 錄,概 述,1.5小節(jié)介紹了CAN-bus物理層相關知識，本小節(jié)重點介紹 CAN-bus的數據鏈路層。,數據鏈路層 Data Link Layer,CAN-bus上傳輸的基本單位是CAN幀。 CAN-bus通過各種不同的幀實現以上這 些功能，所以下面從介紹CAN-bus的幀 開始。,CAN-bus幀分類,CAN-bus通信幀共分為數據幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀和幀間隔 種類型。,5,數據幀,遠程幀,錯誤幀,過載幀,幀間隔,目 錄,數據幀,數據幀是使用最多的幀，結構上由7個段組成，其中根據仲裁段ID碼 長度的不同，分為標準幀（CAN2.0A）和擴展幀（CAN2.0B

2、）。,仲裁段,數據段,ACK段,與標準幀相同,幀 結 構,標準幀,擴展幀,幀起始,控制段,CRC段,幀結束,由于幀起始和幀結束比較簡單， 先說明；其他段隨后逐一說明,幀起始和幀結束,幀起始和幀結束用于界定一個數據幀，無論是標準數據幀或擴展 數據幀都包含這兩個段。,標準幀 或 擴展幀,由單個顯性位組成?？偩€空閑時，發(fā)送節(jié)點發(fā)送幀起始，其他接收節(jié)點同步于該幀起始位。,由7個連續(xù)的隱性位組成。,仲裁段,CAN-bus并沒有規(guī)定節(jié)點的優(yōu)先級，但通過仲裁段幀ID規(guī)定了數據幀的 優(yōu)先級。 根據CAN2.0標準版本不同，幀ID分為11位和29位兩種。,遠程幀發(fā)送標識位， 占1bit，為顯性,替代遠程幀請求位

3、， 占1bit，為顯性,識別符擴展位，占1bit， 標準幀中該位位于控制段，為顯性；擴展幀中該位位于仲裁段，為隱性。,CAN-bus是如何解決多個節(jié)點同時發(fā)送數據， 即總線競爭的問題？該問題由仲裁段給出答案。,組成29位ID，前11位與標準幀的11位ID編碼位置相同,總線仲裁,CAN控制器在發(fā)送數據的同時監(jiān)測數據線的電平是否與發(fā)送數據對 應電平相同，如果不同，則停止發(fā)送并做其他處理。,發(fā)送位的電平,監(jiān)測總線的電平,進行比較,通信數據線,根據比較結果 判斷是否停止 發(fā)送和其他處理,如果該位屬于仲裁段，則退出總線競爭； 如果處于其他段，則產生錯誤事件（幀ACK時間段或被動錯誤標 志傳輸期間除外）

4、。,總線仲裁,假設節(jié)點A、B和C都發(fā)送相同格式相同類型的幀，如標準格式數據幀， 它們競爭總線的過程是：,只聽模式,只聽模式,節(jié)點A,節(jié)點B,節(jié)點C,節(jié)點B的ID第5位是隱性， 節(jié)點A、C的為顯性，總線電平 為顯性，節(jié)點B退出總線競爭。,節(jié)點C的ID第3位是隱性， 節(jié)點A的為顯性，總線電平 為顯性，節(jié)點C退出總線競爭。,從該分析過程得出結論是：幀ID值越小，優(yōu)先級越高； 對于同為擴展格式數據幀、標準格式遠程幀和擴展格式遠程幀的情況同理。,總線仲裁,由于數據幀的RTR位為顯性電平，遠程幀的RTR位為隱性電平， 所以幀格式和幀ID都相同情況下，數據幀的優(yōu)先級比遠程幀優(yōu)先級高：,節(jié)點A 發(fā)送數據幀,節(jié)

5、點B 發(fā)送遠程幀,節(jié)點A仲裁失敗退出發(fā)送，進入只聽模式； 節(jié)點B獲得總線，繼續(xù)發(fā)送剩余數據。,ID段相同,只聽模式,總線仲裁,由于標準幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱性電平，對于 前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優(yōu)先級比擴展幀高。,節(jié)點A 發(fā)送標準幀,節(jié)點B 發(fā)送擴展幀,當發(fā)送IDE位時，由于線與的原理，總線上出現顯性電平， 節(jié)點B仲裁失敗，進入只聽模式。 節(jié)點A獲得總線，繼續(xù)發(fā)送剩余數據。,只聽模式,前11位ID相同,控制段,控制段共6位，標準幀的控制段由擴展幀標志位IDE、保留位r0和 數據長度代碼DLC組成；擴展幀控制段則由IDE、r1、r0和DLC組成。,識別符擴展

6、位，占1bit， 標準幀中該位位于控制段，為顯性； 擴展幀中該位位于仲裁段，為隱性。,保留位0和1，各占1bit， 總是用隱性電平填充,數據段的長度碼，占4bit； BCD編碼，范圍08,數據段,一個數據幀傳輸的數據量為08個字節(jié)，這種短幀結構使得CAN- bus實時性很高，非常適合汽車和工控應用場合。,與其他總線協(xié)議相比，CAN-bus的短幀結構具有以下優(yōu)勢：,Data：Byte0 Byte7,傳輸時MSB先傳輸,CRC段,CAN-bus使用CRC校驗進行數據檢錯，CRC校驗值存放于CRC段。 CRC校驗段由15位CRC值和1位CRC界定符構成。,占1bit， 隱性電平填充,模2除以 多項式

7、 G(x),X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + 1,ACK段,當一個接收節(jié)點接收的幀起始到CRC段之間的內容沒發(fā)生錯誤時， 它將在ACK段發(fā)送一個顯性電平。,1個隱性電平,ACK槽期間： 發(fā)送節(jié)點：發(fā)送隱性電平 接收正確的節(jié)點：發(fā)送顯性電平,總線線與結果：顯性電平,發(fā)送節(jié)點根據此結果判斷發(fā)送成功,目 錄,遠程幀,與數據幀相比，遠程幀結構上無數據段，由6個段組成，同理分為 標準格式和擴展格式，且RTR位為1（隱性電平）。,數據幀與遠程幀區(qū)別,數據幀與遠程幀的區(qū)別如下：,目 錄,CAN-bus錯誤類型,盡管CAN-bus是可靠性很高的總線，但依然可能出現錯誤

8、；CAN- bus的錯誤類型共有5種。,格式錯誤,CRC錯誤,應答錯誤,位填充錯誤,位發(fā)送錯誤,發(fā)送節(jié)點計算得到的CRC值與接收到的CRC值不同時發(fā)生該錯誤,發(fā)送節(jié)點在ACK階段沒有接收到應答信號時發(fā)生該錯誤,發(fā)送節(jié)點在發(fā)送時發(fā)現總線電平與發(fā)送電平不相同時發(fā)生該錯誤,通信線纜上傳輸信號違反“位填充”規(guī)則時發(fā)生該錯誤,傳輸的數據幀格式與任何一種合法的幀格式不符時發(fā)生該錯誤,錯誤幀,當出現5種錯誤類型之一時，發(fā)送或接收節(jié)點將發(fā)送錯誤幀。錯誤幀 的結構如下，其中錯誤標識分為主動錯誤標識和被動錯誤標識。,錯誤標志,錯誤幀 結構,主動 錯誤 標識,被動 錯誤 標識,由處于主動錯誤狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送,由處于被

9、動錯誤狀態(tài)的節(jié)點發(fā)送,錯誤狀態(tài)及轉化,為防止自身由于某些原因導致無法正常接收的節(jié)點一直發(fā)送錯誤幀， 干擾其他節(jié)點通信，CAN-bus規(guī)定了節(jié)點的3種狀態(tài)及其行為。,主動 錯誤,被動 錯誤,總線 關閉,設備正常參與總線通信，檢測到錯誤時發(fā)送主動錯誤標識,數據幀的收發(fā) 都被禁止,設備正常參與總線通信，檢測到錯誤時發(fā)送被動錯誤標識,REC ：接收錯誤計數器 TEC ：發(fā)送錯誤計數器； 復位時兩者都被清0。,目 錄,過載幀,當某個接收節(jié)點沒有做好接收下一幀數據的準備時，將發(fā)送過載幀 以通知發(fā)送節(jié)點；過載幀由過載標志和過載幀界定符組成。,過載標志,過載幀界定符,+,過載幀結構：,由于存在多個節(jié)點同時過載

10、且過載幀發(fā)送有時間差問題，可能出現過載標志 疊加后超過6個位的現象。,幀間隔,幀間隔用于將數據幀或遠程幀和他們之前的幀分離開，但過載幀和 錯誤幀前面不會插入幀間隔。,1：幀間隔過后，如果無節(jié)點 發(fā)送幀，則總線進入空閑。,2：幀間隔過后，如果被動 錯誤節(jié)點要發(fā)送幀，則先 發(fā)送8個隱性電平的傳輸 延遲，再發(fā)送幀。,保證主動錯誤節(jié)點優(yōu)先發(fā)送， 避免被動錯誤節(jié)點因硬件故障干擾整個網絡,目 錄,小 結,CAN-bus整個鏈路層處理數據的流程是：,初始化,等待空閑,等待總線SOF或 應用層的發(fā)送請求,發(fā)送報文,接收ACK,等待EOF,發(fā)送錯誤幀,接收報文,發(fā)送ACK,等待EOF,發(fā)送錯誤幀,1,2,2,2,4,3,6,8