一、CAN通信帧类型及帧格式

CAN 总线上的数据通信基于以下 5 种类型的通信帧，它们的名称与用途如表所示：第一是数据帧，用来发送单元向接受单元传送数据；第二是遥控帧，用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据；第三是错误帧，用于当检测出错误时向其他单元通知错误；第四是过载帧，用于接收单元通知发送单元其尚未做好接收准备；第五是帧间隔，用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来，防止帧数据重复和错乱。

在CAN通信帧中，数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。

标准格式有11个位标识符，而扩展格式有29个位标识符。其他内容的格式基本相同。CAN标准帧和扩展帧在ID的长度上不一样，以能扩展更多的CAN节点，更好地支持上层协议。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而是对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块。这种按数据块编码的方式使不同的节点同时接收到相同的数据，在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。

二、CAN数据帧

数据帧由 7 个段构成，如图所示：

分别是帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC校验段、ACK段以及帧结束。图中深灰色底的位为“显性电平”，浅色底的位为 “显性或隐性电平”，白色底的位为“隐性电平”。CAN总线上的数据位采用具有两种互补的逻辑值，即显性（Dominant）和隐性（Recessive）。显性电平在逻辑层面表现为0，隐性电平在逻辑层面表现为1，即显性电平用逻辑“0”表示，隐性电平用逻辑“1”表示

其中数据帧结构的第一部分帧起始表示数据帧和远程帧的起始，它仅由一个“显性电平”位组成。CAN总线的同步规则规定，只有当总线处于空闲状态（总线电平呈现隐性状态）时，才允许站点开始发送信号。仲裁段表示帧优先级的段。标准帧的仲裁段由11个bit的标识符ID和RTR位构成；扩展帧的仲裁段由29个bit的标识符ID、SRR位、IDE位和RTR位构成。控制段是表示数据的字节数和保留位的段，标准帧与扩展帧的控制段格式不同。标准帧的 控制段由 IDE（Identifier Extension，标志符扩展）位、保留位 r0 和 4 个 bit 的数据长 度码 DLC 构成。扩展帧的控制段由保留位 r1、r0 和 4 个 bit 的数据长度码 DLC 构成。IDE 位 用于指示数据帧为标准帧还是扩展帧，标准帧的 IDE 位为“显性电平”。

数据长度码与字节数的关系如图所示：

其中数据长度代码DLC（Date Length Code），用于规定数据场的字节数，DLC的编码规则如表所示；最大为8字节，最小为0字节。“D”代表显性电平，为逻辑0；“R”代表隐形电平，为逻辑1。

数据段用于承载数据的内容，它可包含0~8个字节的数据，从MSB（最高有效位）开始输出；CRC段用于检查帧传输是否错误的段，它由15个bit的CRC序列和1个bit的CRC界定符（用于分隔）构成。CRC序列是根据多项式生成的CRC值，其计算范围包括帧起始、仲裁段、控制段和数据段；ACK段用于确认接收是否正常的段，它由ACK槽（ACK Slot）和ACK界定符（用于分隔）构成，长度为2个bit；最后是帧结束：表示数据帧的结束，它由7个bit的隐性位构成。

三、CAN遥控帧和错误帧

从图中可以看到，遥控帧与数据帧相比，除了没有数据段，其他段的构成均与数据帧完全相同。如前所述，RTR 位的极性指明了该帧是数据帧还是遥控帧，遥控帧中的 RTR 位 为“隐性电平”。RTR位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”。它是区别数据帧和远程帧的标志。

错误帧用于在接收和发送消息时检测出错误并通知错误，从图可知，错误帧由错误标志和错误界定符构成。错误标志包括主动错误标志和被 动错误标志，前者由 6 个 bit 的显性位构成，后者由 6 个 bit 的隐性位构成。错误界定符由 8 个 bit 的隐性位构成。

四、CAN过载帧和帧间隔

过载帧是接收单元用于通知发送单元其尚未完成接收准备的帧：

从图可知，过载帧由过载标志和过载界定符构成。过载标志的构成与主动错误标志 的构成相同，由 6 个 bit 的显性位构成。过载界定符的构成与错误界定符的构成相同，由 8 个 bit 的隐性位构成。

帧间隔是用于分隔数据帧和遥控帧的帧。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、错误帧或过载帧等）隔开，但错误帧和过载帧前不允许插入帧间隔。

如图所示，帧间隔的构成元素有三个：一是间隔，它由 3 个 bit 的隐性位构成；二是总线空闲，它由隐性电平构成，且无长度限制。注意：只有在总线处于空闲状态下，要发送的单元才可以开始访问总线；三是延迟传送，它由 8 个 bit 的隐性位构成。