1. CAN協(xié)議概述

1.1 CAN協(xié)議的起源和發(fā)展

CAN協(xié)議最早由德國Bosch公司于1983年提出，旨在解決汽車電子系統(tǒng)中的通信問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN協(xié)議逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備、智能家居等領(lǐng)域。

1.2 CAN協(xié)議的特點(diǎn)

CAN協(xié)議具有以下特點(diǎn)：

• 多主控制：CAN協(xié)議支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行通信，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
• 廣播通信：CAN協(xié)議采用廣播方式進(jìn)行通信，所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)。
• 非破壞性仲裁：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CAN協(xié)議通過仲裁機(jī)制確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。
• 錯(cuò)誤檢測和處理：CAN協(xié)議具有錯(cuò)誤檢測和處理功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理通信過程中的錯(cuò)誤。

2. CAN信息幀的組成部分

CAN信息幀是CAN協(xié)議中最基本的數(shù)據(jù)傳輸單元，其組成部分如下：

2.1 幀起始位

幀起始位是信息幀的第一個(gè)位，用于標(biāo)識信息幀的開始。

2.2 仲裁場

仲裁場用于確定發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。在CAN協(xié)議中，仲裁場的長度為11位或29位，分別對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。仲裁場的值越小，優(yōu)先級越高。

2.3 控制場

控制場包括遠(yuǎn)程傳輸請求位（RTR）和標(biāo)識符擴(kuò)展位（IDE）。RTR位用于標(biāo)識數(shù)據(jù)幀是遠(yuǎn)程幀還是數(shù)據(jù)幀，IDE位用于標(biāo)識幀是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。

2.4 數(shù)據(jù)場

數(shù)據(jù)場用于存儲實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)幀的數(shù)據(jù)場長度為0-8字節(jié)，擴(kuò)展幀的數(shù)據(jù)場長度為0-64字節(jié)。

2.5 校驗(yàn)場

校驗(yàn)場包括循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和CRC界定符。CRC用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，CRC界定符用于標(biāo)識CRC校驗(yàn)的結(jié)束。

2.6 應(yīng)答場

應(yīng)答場包括應(yīng)答插槽和應(yīng)答界定符。應(yīng)答插槽用于接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答，應(yīng)答界定符用于標(biāo)識應(yīng)答場的結(jié)束。

2.7 幀結(jié)束位

幀結(jié)束位是信息幀的最后一個(gè)位，用于標(biāo)識信息幀的結(jié)束。

3. 數(shù)據(jù)鏈路層的功能

數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，主要負(fù)責(zé)在物理層之上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的功能包括：

3.1 幀同步

幀同步是數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能之一，用于確保發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)能夠正確識別信息幀的開始和結(jié)束。

3.2 差錯(cuò)控制

差錯(cuò)控制是數(shù)據(jù)鏈路層的另一個(gè)重要功能，包括錯(cuò)誤檢測和錯(cuò)誤糾正。CAN協(xié)議采用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，以確保數(shù)據(jù)的完整性。

3.3 流量控制

流量控制用于防止發(fā)送節(jié)點(diǎn)過快地發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致接收節(jié)點(diǎn)無法處理。數(shù)據(jù)鏈路層通過控制數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3.4 訪問控制

訪問控制是數(shù)據(jù)鏈路層的另一個(gè)關(guān)鍵功能，用于協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。在CAN協(xié)議中，通過非破壞性仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)訪問控制，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。

4. CAN信息幀在數(shù)據(jù)鏈路層的應(yīng)用

4.1 幀同步

在CAN信息幀中，幀起始位和幀結(jié)束位用于實(shí)現(xiàn)幀同步。發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送幀起始位標(biāo)識信息幀的開始，接收節(jié)點(diǎn)通過檢測幀起始位實(shí)現(xiàn)幀同步。

4.2 差錯(cuò)控制

在CAN信息幀中，校驗(yàn)場的CRC用于實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前，會根據(jù)數(shù)據(jù)生成CRC校驗(yàn)碼，并將其附加到數(shù)據(jù)場之后。接收節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù)據(jù)后，會重新計(jì)算CRC校驗(yàn)碼，并與接收到的CRC校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，以檢測數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。

4.3 流量控制

在CAN協(xié)議中，流量控制主要通過仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CAN協(xié)議通過仲裁機(jī)制確定優(yōu)先級，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

4.4 訪問控制

在CAN協(xié)議中，訪問控制主要通過非破壞性仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CAN協(xié)議通過比較仲裁場的值，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。具有較高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，而具有較低優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)則需要等待，直到高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)發(fā)送。