CAN之数据链路层协议

ゝ一纸荒年。 2022-06-07 09:13 299阅读 0赞

# 胡诌一番 #

大多数书籍一上来就是什么计算机OSI模型，什么CAN模型对比OSI模型。各种协议摆出来一大堆，让人摸不着头脑，这种东西说实在没什么用，底层链路层协议全部通过硬件实现了，你仅仅需要了解然后学会配置（驱动硬件）即可，没必要花大篇幅去学习一大堆鬼东西。重点应该放在上层协议之上（例如应用层协议）。这些观点可以适用于TCP/IP协议栈的学习。  
对于CAN主要理解以下两点：  
1、CAN2.0-A和CAN2.0-B标准协议也就是所谓的链路层协议，这些都是通过硬件实现，咱们就大概了解协议，然后学会配置STM32或其他设备相应的寄存器来实现CAN标准协议（驱动程序）。  
2、CAN应用层协议，这个才是重点，软件实现。应用层协议其实可以自己定义，但是为了和其他公司的产品兼容，咱们就必须使用一种国际上定义的标准应用层协议。这里有很多，我们就学习使用比较多的CANOpen协议。

# CAN2.0标准协议及STM32硬件配置 #

## 逻辑电平 ##

> CAN有两根线，CANH和CANL，硬件通过识别这两根线上的电平来确定总线数值是显性数值”0”，还是隐形数值”1”。如何识别及电平关系不需要明白，硬件给你处理。但是这里必须清楚一点就是显性和隐形同时发送，最后总线数值为显性数值0。

## CAN总线帧格式 ##

> 数据就是通过这种格式按位发送出去。

总线上总共有以下5种不同类型的帧。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">帧类型</th> 
   <th align="center">帧用途</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">数据帧</td> 
   <td align="center">节点传送和接收数据的帧</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">远程帧</td> 
   <td align="center">用于接收节点向具有相同ID的发送节点请求数据的帧</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">错误帧</td> 
   <td align="center">当检测到错误向其他节点通知错误的帧</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">过载帧</td> 
   <td align="center">接收节点通知其他节点自己还没准备好接收帧</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">帧间隔</td> 
   <td align="center">用于将数据帧和远程帧与前面的帧分离开</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 数据帧（重点） ##

![这里写图片描述][SouthEast]

*  帧开始：标志数据帧和远程帧的开始，有一个单独的显性位(0)组成。一个节点只有在空闲时，才允许发送数据。所有节点必须同步总线跳变沿。
 *  仲裁场：标准格式和扩展格式。包括识别符和远程发送请求位（RTR）。识别符长度是11位，发送顺序是ID10-ID0。最高的7位（ID10-ID4）必须不能全为隐形（1）。RTR位，数据帧为显性，远程帧为隐形。这里的显和隐实际对应数据的0和1，送到CAN控制器之后自动将0和1转换成对应的显性电平和隐形电平。
 *  控制场：6个位组成，包含数据长度代码和两个将来作为扩展用的保留位，所有保留位必须位显性。数据长度代码指示数据场中字节数量，因为4位，所以允许发送数据**0-8字节**。
 *  数据场：实际的数据字段。
 *  CRC场：包括CRC序列和CRC界定符。这里具体怎么计算不需要清楚，因为硬件实现了，仅仅知道这就是校验码而已，用于在接收端校验接收的数据是否正确。
 *  应答场：2bit，应答间隙和应答界定符。发送方发送两个隐性位。这个不需要管
 *  帧结束：每一个数据帧都有结束标识序列。由7个隐性位。
 *  **上述最重要的信息就是数据字节最长是8。**

## 远程帧 ##

![这里写图片描述][SouthEast 1]

## 错误帧 ##

> 错误帧由两个不同的场组成，硬件实现和软件无关。

## 过载帧 ##

> 暂时不考虑，这硬件实现。

## 帧间隔 ##

> 暂时不考虑，硬件实现。

## 仲裁场两种格式 ##

![这里写图片描述][SouthEast 2]  
标准格式：11位标识符，其余和前面一样  
扩展格式：11位基本ID，18位扩展ID。基本ID定义扩展帧基本优先权。SRR为替代远程请求位，是隐性位。了解即可，不必追究。

## 总线仲裁过程（重点） ##

CAN总线上节点没有主从之分，所有节点级别都一样，可以发送也可以接收。只要总线空闲，发送节点就可以发送数据，发送节点不会指定由哪个一个节点接收，而是由接收节点自己过滤选择是否接收含有该标识符ID的数据，就像收音机一样，广播台发出信号都可以被听众收到，但是听众可以选择自己喜欢的台。

*  回读：节点发送数据的同时，同时也再读取数据，并与自己发送数据对比。
 *  线与：如果同时有几个节点往CAN总线上传递信息，采取线与机制，也就是说除非所有的节点都发送1，总线上才会是1，只要有一个节点发送0，总线上就是0。如果一个节点A发送了1，而其他节点发送了0，那么总线上是0，节点A通过回读就会发现总线上的电平与自己发送的不一致，从而采取相应的措施(退出仲裁，报错等)。需要注意的是1和0由CAN\_H和CAN\_L两条线差分电压得来，并不是一条线传递1, 另一条线传递0。
 *  仲裁：总线空闲，最先开始发送消息的节点获得发送权，当多个节点同时发送数据，那么需要仲裁，通过线与和回读功能比较数据的标识符（从仲裁段第一位开始仲裁），标识符小的获得仲裁，**标识符大的推出仲裁，转变为接收，并且不会在总线再次空闲前发送报文，也就是说当总线空闲时候，推出仲裁的帧才重新发送数据。**
 *  数据帧和远程帧优先级：假如一个发送节点发送了远程帧请求A发送数据并且同时A节点也正在发送数据，那么二者标识符相同，需要仲裁。RTR为显性位的数据帧具有优先权，可以继续发送。
 *  标准格式和扩展格式优先级：从仲裁位开始仲裁，标准格式RTR位显性，牛逼，具有优先权可以继续发送。

## 报文重发与位填充 ##

> 这里说了很多，但是都是硬件已经帮助你完成了，这里可以不用了解。直接忽略过去。。。。。

# STM32配置CAN #

> CAN协议规定了好几种帧类型，但是对于我们应用来说，只有数据帧和远程帧可以通过软件编程来控制。（其他几种帧都是由CAN控制器硬件实现的，我们也管不了）。而数据帧和远程帧最大的区别在于：远程帧没有数据域。数据帧分为标准数据帧和扩展数据帧，它们之间最大的区别在于：仲裁场的不同。  
> 这里直接参考《STM32 CAN发送和接收过滤详解》。

# 参考文献： #

《手把手教你学CAN总线》  
《CAN\_BusSpecificationV2.0中文版》  
《STM32CAN发送和接收过滤详解》  
这里数据链路层就这个样子了。。。。。不需要再进一步深入了。。。。。。

[SouthEast]: /images/20220607/7f5559d92fd24539b0984f63ccdc2419.png
[SouthEast 1]: /images/20220607/5a600615ba6b4c2f8da0c6318bf86007.png
[SouthEast 2]: /images/20220607/7fdfd6cdf3174d1e8c6995d6b6fd3ae6.png