CAN通信-小白入门详细篇

一、CAN通信系统架构示意图

• CAN（Controller Area Network）是一种多主机广播型串行通信协议，常用于车辆、工业等分布式控制系统中。

• 架构主要包括：

  1. 主控CPU：负责处理应用层逻辑。

  2. CAN控制器：实现数据帧的封装、解包、仲裁等协议层操作。

  3. CAN收发器（Transceiver）：负责电平转换，将数字信号转换为差分信号（CANH/CANL）在物理总线上传输。

• 通信线路：由一对双绞线（CANH、CANL）构成，采用差分信号传输，提高抗干扰能力。

• 节点特性：所有节点并联连接在同一总线上，具备发送与接收能力，通过帧ID进行仲裁。

• 终端电阻：CAN总线两端需接120Ω终端电阻，用于阻抗匹配，防止信号反射。

                                                     图1 （含500kbps与125kbps双总线）

二. CAN通信原理概述

      CAN帧格式示意图（标准格式 vs 扩展格式）：CAN数据帧由帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段和帧结束等7个部分构成。其中标准帧使用11位标识符(ID)，扩展帧使用29位标识符。如上图所示，上半部分为标准帧结构，下半部分为扩展帧结构。两者的区别主要在仲裁段ID长度不同，其余部分（如数据长度码DLC、数据字段、CRC校验等）结构相同。具体字段说明如下

段名	位数	含义说明
SOF（帧起始）	1 位（显性位）	标识一帧的开始，总线空闲时任意节点发送 SOF 即可发起帧传输
仲裁段	12～32 位	包含 ID（11位标准ID / 29位扩展ID）+ RTR（远程请求帧标志）
控制段	6 位	IDE（帧格式标志，0=标准帧，1=扩展帧）、r0/r1（保留位）、DLC（4位，表示数据字节数）
数据段	0～64 位（最多8字节）	具体传输内容，由 DLC 指定长度（0~8 字节），远程帧无此段
CRC段	16 位	15 位 CRC 校验码 + 1 位 CRC定界符，用于检测帧内容传输错误
ACK段	2 位	ACK槽 + ACK定界符，接收节点在 ACK 槽发显性位表示收到数据
EOF（帧结束）	7 位（隐性位）	标识一帧的结束
IFS（帧间隔）	≥3 位（隐性位）	帧与帧之间的最小间隔时间（帧间空间），用于控制器内部处理延时

上述帧格式适用于数据帧和远程帧，两者唯一区别是远程帧没有数据段。除了数据帧和远程帧外，CAN总线还定义了错误帧、过载帧和帧间隔等帧类型，但这里不展开，主要聚焦正常通讯的数据帧。值得注意的是，CAN总线使用差分信号传输，逻辑上存在“显性”和“隐性”两种电平。显(Dominant)对应逻辑0，隐性(Recessive)对应逻辑1。当总线同时存在显性和隐性电平时，总线结果将呈现显性电平。显性电平优先级高于隐性电平，这是CAN总线仲裁机制的基础。

这张图是 CAN总线仲裁过程示意图，形象展示了两个节点同时发送报文时的总线仲裁机制：

• 节点1 和 节点2 同时开始发送报文，其前几位ID相同，仲裁阶段并未分出胜负。

• 当发送到第5位时：

  • 节点1发送的是隐性位 1

  • 节点2发送的是显性位 0

• 由于CAN总线的电平规则是“显性覆盖隐性”，此时总线电平为显性 0。

• 节点1检测到总线电平与自己发送的电平不符，立即放弃发送并转为接收模式，节点2则赢得仲裁，继续完成剩下的帧发送。

底部的“总线”一行显示了此时实际的电平状态，也表明：最终总线上发送的是节点2的完整报文。

该图直观说明了ID越小（显性位越多）优先级越高的机制，并体现了CAN总线的非破坏性仲裁——仲裁失败的节点无需重发优先帧，保证了高优先级数据实时性。

仲裁是完全由硬件自动完成的，不需要你手动“比大小”或者判断。

✅ 更准确地说：

当你在代码中调用 HAL_CAN_AddTxMessage() 并指定了一个 ID（例如 0x201），CAN 控制器就会使用这个 ID 自动参与仲裁。如果总线上没有其他节点发送帧，你的帧就会直接发送；如果多个节点同时请求发送帧，那么：

• 控制器会从 SOF之后的每一位开始进行位级仲裁；

• 谁的 ID 先出现“显性位”（0）且别人是隐性（1），谁就保留发送权；

• ID 越小，优先级越高，因为二进制中 0（显性） 比 1（隐性）更占优势；

• 输掉仲裁的帧，控制器会自动退让，并在下次总线空闲时重发；

• 你作为开发者无需干预这一过程，只需填好 ID 即可。

参考了csdn部分博主内容：冬瓜~