CAN (Controller Area Network) 是一种广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等领域的串行通信协议。它的核心是高效、可靠地在各个电子控制单元 (ECU) 之间传输数据。CAN 消息数据是 CAN 协议中传输信息的载体，它以帧的形式在总线上进行广播。
介绍
CAN 协议定义了多种帧类型，其中最常用的是 数据帧 (Data Frame)，用于传输实际数据。一个标准的 CAN 数据帧包含以下主要字段：
-
帧起始 (Start of Frame, SOF)：
- 一个显性位（逻辑 0），表示帧的开始，用于同步总线上的所有节点。
-
仲裁场 (Arbitration Field)：
标识符 (Identifier, ID)：这是 CAN 消息最重要的部分之一，用于唯一标识消息，并决定消息的优先级。ID 值越小，优先级越高。
标准帧 (CAN 2.0A)：使用 11 位标识符。扩展帧 (CAN 2.0B / CAN FD)：使用 29 位标识符（由 11 位基本 ID 和 18 位扩展 ID 组成）。
远程传输请求位 (Remote Transmission Request, RTR)：
- 显性位 (0)：表示数据帧，包含数据。
- 隐性位 (1)：表示远程帧，用于请求具有相同 ID 的数据帧。
-
控制场 (Control Field)：
标识符扩展位 (Identifier Extension, IDE)：
- 显性位 (0)：表示标准帧格式。
- 隐性位 (1)：表示扩展帧格式。
保留位 (Reserved Bit, r0/r1)：通常为显性位，预留用于未来协议扩展。数据长度码 (Data Length Code, DLC)：一个 4 位的值，指示数据场中包含的字节数。
- 对于传统 CAN (CAN 2.0A/B)，DLC 范围是 0 到 8 字节。
- 对于 CAN FD (Flexible Data-Rate)，DLC 范围是 0 到 64 字节，这大大增加了单帧可传输的数据量。
-
数据场 (Data Field)：
- 包含实际要传输的用户数据。其长度由 DLC 决定。
- 传统 CAN：0 到 8 字节。
- CAN FD：0 到 64 字节。
-
循环冗余校验场 (Cyclic Redundancy Check, CRC Field)：
- 一个 15 位的校验码，用于检测数据传输过程中是否发生错误，确保数据完整性。
CRC 界定符 (CRC Delimiter)：一个隐性位，将 CRC 场与 ACK 场分开。
-
应答场 (ACK Field)：
应答槽 (ACK Slot)：接收到有效消息的节点会在该位发送一个显性位，表示已正确接收。ACK 界定符 (ACK Delimiter)：一个隐性位，将 ACK 场与 EOF 场分开。
-
帧结束 (End of Frame, EOF)：
-
帧间空间 (Interframe Space, IFS)：
- 7 个隐性位，用于将不同的消息帧分开，提供节点恢复时间。
CAN FD (Flexible Data-Rate) 是 CAN 协议的演进版本，主要改进包括：
更高的传输速率：数据段可达 8 Mbit/s (传统 CAN 最高 1 Mbit/s)。更大的数据有效载荷：数据段可达 64 字节 (传统 CAN 最高 8 字节)。- 引入了
BRS (Bit Rate Switch) 和 ESI (Error State Indicator) 位，以支持更高的速率和错误指示。
CAN 消息数据示例
假设我们有一个传感器，需要发送温度数据 (以摄氏度为单位)，其值为 25.5°C。我们可以将这个浮点数转换为整数或定点数进行传输。
场景描述：
设备 A (发送者)：一个温度传感器，每秒发送一次温度数据。设备 B (接收者)：一个显示器，接收并显示温度。CAN ID：假设我们分配一个 ID 为 0x100 (十六进制)，优先级较高。数据：温度值 25.5°C。为了简化，我们假设将温度值放大 10 倍后取整，即 255。
传统 CAN 数据帧示例 (假设发送 2 字节数据)：
我们假设温度值 255 (十进制) 转换为十六进制是 0x00FF (2 字节)。
CAN ID: 0x100 (11 位标准 ID)RTR: 0 (数据帧)IDE: 0 (标准帧)DLC: 2 (数据场包含 2 字节)Data Field: 0x00 0xFF (表示温度值 25.5，需要接收端按照约定进行解析，例如：Data_Value / 10.0 = Temperature)
CAN 消息的逻辑表示 (在编程或日志中常见形式)：
ID: 0x100, DLC: 2, Data: 00 FF
解析：
ID (0x100)：表示这是温度传感器发送的温度数据消息。DLC (2)：表示数据场有 2 字节。Data (00 FF)：
- 如果约定数据是大端模式，那么
0x00FF = 255 (十进制)。
- 如果约定温度值是实际温度的 10 倍，那么
255 / 10.0 = 25.5 °C。
更复杂的例子 (CAN FD，发送更多数据)：
假设现在需要发送多个传感器数据，例如：
- 温度：25.5°C (放大 10 倍后为 255)
- 湿度：60% (直接为 60)
- 气压：1012.3 hPa (放大 10 倍后为 10123)
如果使用 CAN FD，我们可以将这些数据打包在一个帧中。
假设我们分配一个 ID 为 0x200。
CAN ID: 0x200 (11 位标准 ID)RTR: 0 (数据帧)IDE: 0 (标准帧)DLC: 5 (数据场包含 5 字节)Data Field: 0x00 0xFF 0x3C 0x27 0x8B (假设数据字节顺序约定为：温度(2B) 湿度(1B) 气压(2B))
CAN 消息的逻辑表示：
ID: 0x200, DLC: 5, Data: 00 FF 3C 27 8B
解析：
ID (0x200)：表示这是一个环境传感器数据消息。DLC (5)：表示数据场有 5 字节。Data (00 FF 3C 27 8B)：
- 字节 0-1 (
0x00FF)：表示温度值 255 (十进制)。解析为 25.5 °C。
- 字节 2 (
0x3C)：表示湿度值 60 (十进制)。解析为 60 %。
- 字节 3-4 (
0x278B)：表示气压值 10123 (十进制)。解析为 1012.3 hPa。
扩展
总结
CAN 消息数据是 CAN 通信的基础，其结构清晰，通过标识符区分消息，数据长度码控制数据大小，数据场承载实际信息。理解 CAN 消息的各个字段及其作用，对于设计、调试和分析 CAN 网络至关重要。CAN FD 的引入则进一步提升了 CAN 协议的性能，使其能够满足更多高带宽、大数据量的应用需求。