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

Ø 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

CAN协议的报文传输主要由下面的4种帧来实现：(今天我就来说说数据帧)数据帧：

远程帧：

错误帧：

过载帧：

数据帧

数据帧：结构上由7段组成，其中根据仲裁段ID码长度的不同，分为标准帧(CAN2.0A)和扩展帧(CAN2.0B)。

数据帧是由：帧起始，仲裁断，控制端，数据段，CRC段，ACK段和帧结束构成。

数据帧

帧起始和帧结束

帧起始：由单个显性位组成，总线空闲时，发送节点发送帧起始，其他接收节点同步于该帧起始位。

帧结束：由7个连续的隐形位组成。

结构图

仲裁段

CAN-bus是如何解决多个节点同时发送数据，即总线竞争的问题？该问题由仲裁段给出答案。

仲裁段

仲裁机制

网络上有3个节点都是1(隐性)的时候，总线相与为1(隐性)，只要总线上的节点有0，总线就表现成0(显性)。最终的结果就是节点ID越小，优先级越高。

控制段

控制段共6位，标准帧的控制段由扩展帧标志位IDE、保留位r0和数据长度代码DLC组成；

扩展帧控制段则由IDE、r1、r0和DLC组成

控制段

数据段

一个数据帧传输的数据量为0~8个字节，这种短帧结构使得CAN-bus实时性很高，非常适合汽车和工控应用场合

数据量小，发送和接收时间短，实时性高，被干扰的概率小，抗干扰能力强。

数据段

CRC段

CAN-bus使用CRC校验进行数据检错，CRC校验值存放于CRC段。 CRC校验段由15位CRC值和1位CRC界定符构成

CRC段

ACK段

当一个接收节点接收的帧起始到CRC段之间的内容没发生错误时，它将在ACK段发送一个显性电平

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

Ø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

l 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;

l 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；

l 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；

l 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；

l 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；

l 数据段：一个数据段为 8 个字节；

lCRC 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；

lACK 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。

l 帧结束段：由 7 个连续的隐性位组成。

Ø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：

lSRR 段和 RTR 段：数据帧是显性电平，远程帧是隐性电平；

l 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；

lCRC 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？

Ø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

Ø0x00 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。