CAN总线数据帧/标准帧/扩展帧/远程帧/错误帧的组成格式对比_标准帧和扩展帧的区别

最近在研究CAN总线的驱动，需要详细了解数据帧/标准帧/扩展帧/远程帧/错误帧这几种帧的详细组成格式，于是收集了一下，统一放在这里进行对比和记录，以便日后需要时查阅。

1、数据帧-标准帧

CAN 标准数据帧如下图所示。与其他所有帧一样，帧以起始帧 （SOF）位开始， SOF 为显性状态，允许所有节点的硬同步。

SOF之后是仲裁字段，由12个位组成，分别为11个标识位和一个远程发送请求（Remote Transmission
Request， RTR）位。 RTR 位用于区分报文是数据帧（RTR 位为显性状态）还是远程帧 （RTR 位为隐性状态）。

仲裁字段之后是控制字段，由 6 个位组成。控制字段的第一位为标识扩展（Identifier Extension，IDE）位，该位应是显性状态来指定标准帧。标识扩展位的下一位为零保留位（RB0），CAN 协议将其定义为显性位。控制字段的其余 4 位为数据长度码 （Data Length Code，DLC），用来指定报文中包含的数据字节数 （0 到 8 字节）。

控制字段之后为数据字段，包含要发送的任何数据字节。数据字段长度由上述 DLC 定义 （0 到 8 字节）。数据字段之后为循环冗余校验（CRC）字段，用来检测报文传输错误。CRC 字段包含一个 15 位的 CRC 序列，之后是隐性的 CRC 定界位。

最后一个字段是确认字段 （ACK），由 2 个位组成。在确认时隙（ACK Slot）位执行期间，发送节点发出一个隐性位。任何收到无错误帧的节点会发回一个显性位（无论该节点是否配置为接受该报文与否）来确认帧收到无误。确认字段以隐性确认定界符结束，该定界符可能不允许被改写为显性位。

2、数据帧-扩展帧

在扩展 CAN 数据帧中（如下图所示），紧随 SOF 位的是 32 位的仲裁字段。仲裁字段的前 11 位为 29 位标识符的最高有效位（Most Significant bit，MSb）（基本lD） 。紧随这 11 位的是替代远程请求（Substitute Remote Request， SRR）位，定义为隐性状态。 SRR位之后是 lDE 位，该位为隐性状态时表示这是扩展的CAN 帧。

应该注意的是，如果发送完扩展帧标识符的前 11 位后，总线仲裁无果，而此时其中一个等待仲裁的节点发出标准 CAN 数据帧 （11 位标识符），那么，由于节点发出了显性 lDE 位而使标准 CAN 帧赢得总线仲裁。另外，扩展 CAN 帧的 SRR 位应为隐性，以允许正在发送标准CAN 远程帧的节点发出显性 RTR 位。

SRR和lDE位之后是标识符的其余18位（扩展lD）及一个远程发送请求位。

为使标准帧和扩展帧都能在共享网络上发送，应将29位扩展报文标识符拆成高 11 位和低 18 位两部分。拆分后可确保 lDE 位在标准数据帧和扩展数据帧中的位置保持一致。

仲裁字段之后是 6 位控制字段。控制字段前两位为保留位，必须定义为显性位。其余 4 位为 DLC，用来指定报文中包含的数据字节数。

扩展数据帧的其他部分 （数据字段、 CRC 字段、确认字段、帧结尾和间断）与标准数据帧的结构相同。

3、远程帧

通常，数据传输是由数据源节点（例如，传感器发出数据帧）自主完成的。但也可能存在目标节点向源节点请求发送数据的情况。要做到这一点，目标节点需发送一个远程帧，其中的标识符应与所需数据帧的标识符相匹配。随后，相应的数据源节点会发送一个数据帧以响应远程帧请求。

远程帧 与数据帧存在两点不同：

1）远程帧的 RTR 位为隐性状态；
2）远程帧没有数据字段。

当带有相同标识符的数据帧和远程帧同时发出时，数据帧将赢得仲裁，因为其标识符后面的 RTR 位为显性。这样，可使发送远程帧的节点立即收到所需数据。

4、主动错误帧

当错误主动节点检测到一个总线错误时，这个节点将产生一个主动错误标志来中断当前的报文发送。主动错误标志由 6 个连续的显性位构成。这种位序列主动打破了位填充规则。所有其他节点在识别到所生成的位填充错误后，会自行产生错误帧，称为错误反射标志。

错误标志字段因此包含 6 到 12 个连续显性位 （由 1 个或多个节点产生）。错误定界字段 （8 个隐性位）为错误帧划上句号。在错误帧发送完毕后，总线主动恢复正常状态，被中断的节点会尝试重新发送被中止的报文。

5、过载帧

过载帧与主动错误帧具有相同的格式。

但是，过载帧只能在帧间间隔产生，因此可通过这种方式区分过载帧和错误帧 （错误帧是在帧传输时发出
的）。过载帧由两个字段组成，即过载标志和随后的过载定界符。过载标志由 6 个显性位和紧随其后的其他节点产生的过载标志构成 （而主动错误标志最多包含 12个显性位）。过载定界符包含 8 个隐性位。节点在两种情况下会产生过载帧：

1）节点在帧间间隔检测到非法显性位。在 IFS 的第三位期间检测到显性位除外。这种情况下，接收器会把它看作一个 SOF 信号。
2）由于内部原因，节点尚无法开始接收下一条报文。节点最多可产生两条连续的过载帧来延迟下一条报文的发送。