CAN_FD和CAN2.0的不同点——深入浅出理解CAN协议（二）

原创 已于 2025-10-24 16:27:06 修改 · 8.8k 阅读 · 34 ·
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#嵌入式硬件 #计算机外设 #mcu

于 2024-09-18 13:18:15 首次发布

本系列是在同公司硬件设计、验证的同事1、在完成了CANFD硬件接口IP开发 2、熟悉ISO-11898系列、ISO16845、CAN2.0协议、CANFD协议等以及大量学习资料 3、深入研究其他家CANFD IP（NXP、BOSCH）4、独立开发了对应底层驱动 5、通过CANoe和周立功CAN分析仪完成前述各协议要求的场景 6、以及对autosar底层接口适配后，基本上对CAN协议有了深入的理解。将过程中整理了一些文档分享出来，希望能给新入门和从业多年的相关工程师提供一点点帮助。
主要包含CAN2.0及CANFD协议，后面对CAN2.0及CANFD的不同点做些说明。

  • 可作为入门CAN协议
  • 另外也有深入硬件的理解，从业多年软件工程师也可以学习一二
  • 亦可作为后续查阅使用，常看常新嘛。

CAN（-FD）协议介绍—— 深入浅出理解CAN协议（一）
CAN_FD和CAN2.0的不同点——深入浅出理解CAN协议（二）
CAN error情况及处理机制——深入浅出理解CAN协议（三）
CAN协议一致性测试——深入浅出理解CAN协议（四）

0 简介

直接来看CAN2.0和CANFD，CANFD是在链路层对CAN协议做了升级，物理层并未改变；区别从宏观上来说：帧格式、传输速度和数据长度等上有不同。

  1. 帧类型上CAN2.0支持远程帧，而CANFD不支持（实际使用下来，bosch、nxp家的CANFD是可以支持远程帧收发的，这里应该是应用层做了限制不让发送远程帧）；帧格式会在下面第一节详细说明
  2. 传输速度：CAN2.0最大传输速率为1Mbps；CANFD仲裁比特率最高1Mbps，数据比特率最高8Mbps
  3. 传输数据长度：CAN2.0最大DLC=8 bytes；CANFD最大DLC=64 bytes

网上大部分文章都是针对这些的表象和特点在说明，都是软件使用时直接可以看到的，对大部分软件从业人员基本覆盖很全了，我将深入的介绍细节，让软件使用者也有更深的理解；另外对硬件设计也有一点参考。
抛砖引玉，如有更多见解，评论区一起讨论。

1 帧格式Frame structure

在这里插入图片描述

  1. 帧头SOF
  2. 仲裁域
    11bit ID + RTR，canfd不支持remote帧，RTR为reserved
  3. 控制域
    除了IDE、r0和dlc字段，canfd还多了EDL、BRS以及ESI
ABBR英文全拼作用
EDLEXTENDED DATA LENGTHCanfd，区分can和canfd帧
BRSBIT RATE SWITCHCanfd，指示canfd是否变速
ESIERROR STATE INDICATORCanfd，指示发送canfd的错误状态
  1. 数据域
    用户希望发送的数据，经典can支持一次传输0-8bytes的数据，canfd支持一次传输0-64bytes数据
  2. 检查循环冗余序列（CRC）+ DEL
    • 经典can通过15bit的CRC来校验数据，DEL为delimiter，即CRC delimiter
    • canfd的crc算法为crc-17，crc-21，其中dlc>=20时，采用crc-21，dlc<20时，采用crc17
  3. ack域
    包含1bit的ack slot和1bit的ack delimiter。
  4. 帧尾（EOF）
    通过连续7bit的隐性位来表示
  5. IFS
    inter-frame space

Note:
1、对于29bit的扩展帧，标准can和canfd是类似的。

2 CRC 计算

一般软件人员对这块不用深入，只需简单了解即可
在这里插入图片描述

2.1. crc多项式

  • CRC_15，用于经典CAN格式的所有帧。
    在这里插入图片描述

  • CRC_17，用于CANFD帧，数据字段最多16字字节。
    在这里插入图片描述

  • CRC_21，用于CANFD帧且数据字段大于16的CAN帧字节。在这里插入图片描述

2.2. fix stuff bit

  • 在crc多项式发送时，每隔4bit插入1bit的fix stuff bit（该bit和前面bit相反）
  • crc15不会插入fix stuff bit，crc-17和crc-21会按照上面原则插入
  • fix stuff bit不会参与crc计算

2.3. stuff cnt

crc-17和crc-21的crc字段中包含stuff count字段，该字段是sof-data中包含的stuff bit模8后根据规则生成gray-code（格雷码有兴趣可以自行搜索学习下，标准格雷码参考下图）
例如上图crc-21前面stuff bit共14个，14%8 = 6，所以gray-code为101，根据规则末尾补0
在这里插入图片描述

2.4. stuff bit

在crc-15时，sof-data中stuff bit不参与计算；而crc-17和crc-21需要参与计算

2.5. ISO模式和bosch模式

博世在设计协议时做了一个bosch模式；区别在于：

  • bosch模式stuff count是不参与crc计算的（图示逻辑分析仪解码错误，不用在意）
  • crc初始值（0x00000）和ISO模式（0x10000）不一样，
    crc是由硬件来实现，软件不用关心那么细节，只需要收发时配置一致（见到的大部分的CANFD的硬件都支持配置bosch模式）就可以了。（下图是bosch）
    在这里插入图片描述

3 Ack field

Ack filed包括ACK SLOT and the ACK DELIMITER.
在CAN FD格式中，所有节点应接受2 bit的重叠ACK位主导相位作为有效ACK，以补偿接收器之间的相位差；在CAN格式中，所有节点只能接受一个1bit的ack slot。
这也就是说在CAN格式中如果ack delimiter为显性，则控制器会产生form err，而CANFD格式则正常。

4 变速bit timing

canfd是支持变速的，即在数据段支持以更快的速率传输数据；这里就涉及一个问题，就是什么时间变速，以及变速bit的处理。
如下图：

  • 变速阶段从BRS开始到CRC-delimiter结束
  • BRS bit的bit timing ：Sync+seg1（N）+seg2（D）
  • CRC-delimiter的bit timing：Sync+seg1（D）+seg2（N）
    在这里插入图片描述
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