详解CAN总线通信「特点、帧类型、错误类型」

一、什么是CAN总线通信

CAN（Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络，是一种多主站（multi-master）总线，允许多个设备在无需中央控制的情况下进行通信。CAN总线由于其高可靠性、灵活性和实时性，被广泛应用于汽车电子、工业自动化、机器人等领域。比如在汽车中，CAN总线用于控制引擎管理、防抱死制动系统（ABS）、安全气囊系统等关键部件。

二、CAN总线的特点

1. 多主站通信：所有节点都是平等的，任何一个节点都可以主动发起通信，不存在主从关系。

2. 仲裁机制：当多个节点同时尝试发送数据时，通过冲突检测和优先级仲裁机制解决冲突。

3. 高可靠性：CAN总线设计有错误检测和错误处理机制，能够自动重发错误帧，确保数据传输的可靠性。

4.灵活的数据长度：CAN支持不同长度的数据帧，从8字节到8K字节不等。

三、CAN通信的帧类型

1. 数据帧：用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
2. 遥控帧（远程帧）：用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧。遥控帧没有数据段。
3. 错误帧：用于在接收和发送消息时检测出错误时，向其他单元通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。

4. 过载帧：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。

5. 帧间隔：用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。数据帧和遥控帧可通过插入帧间隔将本帧与前面的任何帧（数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧）分开。但过载帧和错误帧前不能插入帧间隔。

四、CAN错误

1. 错误种类：

CAN的错误种类有五种：位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误。

①位错误：根据CAN协议，节点在发送信号的时候，会将自己发送到总线上的电平同时与从总线回读到的电平进行比较，如果内容不一致，就会产生位错误。

②填充错误：如果在需要正常位填充的帧位置里检测到连续六个同性位（即数据帧连续6位都是相同的电平时），就会检测到一个填充错误。

③CRC错误：每个CAN报文都包含一个循环冗余校验（CRC校验）。如果接收器的CRC计算与发送器的CRC不匹配，接收器就会将其检测为CRC错误。

④格式错误：在一帧报文里，如果在必须发送特定值的区域内检测到了非法值，就会检测到一个格式错误。

⑤ACK错误：ACK错误即应答错误，通常情况下发送节点在总线发送一帧报文数据，接收端接收该报文数据后，会发送一个显性位来回应发送节点，如果发送节点没有在ACK段时间段中读取到该显性位就会检测到一个ACK错误。

2. 错误状态：

CAN的错误状态分为以下三种：主动错误(Error Active)、被动错误(Error Passive)、总线关闭(Bus Off)

①主动错误（Error Active）：主动错误状态下节点仍然能够参与总线通信，并检测到错误时会主动发送错误帧。

②被动错误（Error Passive）：当节点的发送错误计数器（TEC）大于或等于128，或接收错误计数器（REC）大于或等于128时，节点会进入被动错误状态。在这种状态下，节点仍能参与通信，但节点在发送数据后需要等待一段时间（称为“挂起发送”或“延迟传送”）才能再次发送，并在此期间插入特定的延迟传送位，

③总线关闭（Bus Off）：当节点的发送错误计数器（TEC）大于或等于256时，节点会进入总线关闭状态。此状态下，节点无法参与总线上的任何通信活动，包括数据的接收和发送。要从总线关闭状态恢复，节点通常需要重置其错误计数器，并等待一段时间后再尝试重新加入总线，有时可能还需要进行硬件或软件的修复工作。

五、亿佰特CAN系列设备

我司有着丰富的CAN通信设备，如实现CAN与RS485/RS232/RS422串口不同协议数据之间的双向转换的ECAN-401（隔离版本）/ECAN-401S（非隔离版本）；实现CAN与TTL不同协议数据之间的双向转换的小型智能协议转换模块ECAN-S01；实现CAN与RS485不同协议数据之间的双向转换的小体积设备ECAN-101；集成2路CAN接口的高性能型CAN-BUS总线通讯分析仪ECAN-U01（隔离版本）/ECAN-U01S（非隔离版本），此外还有CAN与光纤、工业级以太网等进行协议转换的设备。

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