《道路车辆 控制器局域网（CAN） 第1部分：数据链路层和物理信令GBT 41588.1-2022》详细解读

《道路车辆控制器局域网（CAN）第1部分：数据链路层和物理信令GB/T41588.1-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4符号和缩略语5CAN基本概念5.1CAN特性5.2帧contents目录5.3总线访问方法5.4信息路由5.5网络灵活性5.6数据一致性5.7远程数据请求5.8错误检测5.9错误标识和恢复时间contents目录5.10应答5.11自动重发5.12故障界定5.13主动错误5.14被动错误5.15总线关闭6CAN的层级架构6.1参考OSI模型contents目录6.2协议定义6.3服务格式定义6.4LLC接口7LLC子层描述7.1概述7.2LLC子层的服务7.3LLC子层的功能7.4LLC帧结构7.5受限的LLC帧contents目录8LLC和MAC间的接口8.1服务8.2时间和时间触发8.3禁止自动重发8.4报文的时间戳9MAC子层9.1概述9.2MAC子层服务9.3MAC子层架构的功能模型contents目录9.4MAC帧结构9.5帧编码9.6帧应答9.7帧的有效性9.8位发送顺序9.9媒介访问方法9.10MAC数据的一致性9.11错误检测contents目录9.12错误标识9.13过载标识9.14总线监听9.15受限操作10PL定义10.1概述和功能模型10.2PL服务10.3PCS定义contents目录10.4AUI定义11FCE监控器描述11.1故障界定11.2总线故障管理12一致性附录A(资料性)补充信息A.1传统帧和FD帧的差异A.2可选型要求的实现特性A.3实现提示参考文献011范围本标准适用于在道路上行驶，具有至少两个车轮，且最大设计车速超过每小时6公里的机动车及其挂车。道路机动车辆针对使用CAN（ControllerAreaNetwork）作为通信协议的车辆控制系统。控制器局域网络标准的适用对象数据链路层规定定义了数据链路层的功能、特性和要求，确保数据的可靠传输。物理信令要求明确了物理层信号的特性，包括电气特性、时间参数等，以保障信号的稳定传输。涵盖的内容领域标准化道路机动车辆控制器局域网络的设计和使用。促进汽车行业的技术进步和智能化发展。提升车辆网络通信的可靠性和稳定性。标准的实施目标022规范性引用文件引用标准此外，还引用了ISO/IEC8802-2和ISO/IEC8802-3等标准，这些标准为CAN数据链路层的设计和实现提供了具体指导。其中包括ISO/IEC7498-1开放系统互连(OSI)的ISO参考模型，该模型为CAN网络的层级架构设计提供了理论基础。本文件在编写过程中，引用了多个国内外相关标准和规范，以确保内容的准确性和兼容性。010203本文件主要由术语和定义、符号和缩略语、CAN基本概念、CAN特性、帧、总线访问方法、信息路由、网络灵活性、数据一致性、远程数据请求、错误检测、错误标识和恢复时间、应答、自动重发以及CAN的层级架构等部分组成。每一部分都详细描述了CAN网络的相关特性和操作方式，为道路车辆控制器局域网的设计和使用提供了全面的指导。文件内容构成规范性引用文件是本标准制定的重要依据，确保了本标准的科学性和实用性。引用文件的重要性通过引用相关国际标准和规范，使得本标准能够与国际接轨，提高了其通用性和可接受性。同时，规范性引用文件也为本标准的实施提供了有力的支持，使得用户能够更好地理解和应用本标准。033术语和定义数据链路层是OSI参考模型中的第二层，负责将源自物理层的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。定义数据链路层提供了数据的可靠传输、流量控制和差错控制等功能，确保数据在传输过程中的完整性和准确性。功能3.1数据链路层3.2道路机动车辆分类根据用途和结构，道路机动车辆可分为轿车、客车、货车、特种车等。定义道路机动车辆指在道路上行驶的，至少有两个车轮，且最大设计车速超过每小时6公里的各类机动车及其挂车。定义控制器局域网络CAN是由德国Bosch公司为汽车监测和控制而设计的，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。特点CAN具有高性能和可靠性，采用多分支结构，可以连接多个设备，具有优先级控制和仲裁机制，确保重要信息的及时传输。同时，CAN总线还具有较高的抗干扰能力和远距离传输能力。3.3控制器局域网络（CAN）044符号和缩略语符号CANControllerAreaNetwork（控制器局域网络）的缩写。DLCDataLinkControl（数据链路控制）的缩写，指的是数据链路层中负责控制数据传输的部分。PDUProtocolDataUnit（协议数据单元）的缩写，是数据链路层传输的数据单元。ACKAcknowledgment（应答）的缩写，在数据通信中用于表示接收方已成功接收到数据。缩略语OSI：OpenSystemsInterconnection（开放系统互连）的缩写，是一个描述计算机网络协议的设计和功能的参考模型。物理层：OSI参考模型中的第一层，负责传输原始的比特流，处理与物理媒体（如电缆、光纤等）的接口。网络层：OSI参考模型中的第三层，负责将数据从源地址传输到目的地址，主要功能是路由选择和拥塞控制。机动车：指在道路上行驶的，至少有两个车轮，且最大设计车速超过每小时6公里的车辆，包括汽车、摩托车、拖拉机等。挂车：指由机动车牵引而本身无动力驱动装置的车辆，通常由一辆牵引车和一辆或一辆以上的挂车组合而成。0102030405055CAN基本概念一种用于实时应用的串行通讯协议总线，具有很高的可靠性。控制器局域网络（CAN）CAN最初是由德国Bosch公司为汽车监测和控制而设计的。德国Bosch公司开发CAN已成为国际标准化组织的标准通讯协议。国际标准化CAN的定义010203CAN的特点高速数据传输CAN总线具有很高的数据传输速率，可以满足实时控制的需求。可靠性高CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点会主动退出发送，高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而有效避免了总线冲突。多分支结构CAN总线可以挂接多个设备，形成多分支结构，方便扩展和维护。030201CAN的应用CAN总线在现代汽车中得到了广泛应用，主要用于车身电子控制、发动机控制、底盘控制等系统之间的通讯。汽车领域由于CAN总线的可靠性和实时性，它也被广泛应用于工业控制领域，如工厂自动化、过程控制等。工业控制此外，CAN总线还在航空航天、船舶、电力等领域得到了应用。其他领域更高性能随着物联网、智能制造等领域的快速发展，CAN总线的应用领域将进一步扩大。更广泛的应用与其他技术的融合CAN总线将与其他技术如以太网、无线通信等进一步融合，形成更完善的通讯解决方案。随着技术的发展，CAN总线的性能将得到进一步提升，包括更高的传输速率、更低的延迟等。CAN的发展趋势065.1CAN特性5.1.1通信方式灵活CAN总线采用串行通信方式，支持分布式实时控制和多路复用，非常适合在道路车辆和其他控制应用中使用。CAN网络上的节点信息可以分成不同的优先级，以满足和协调各自不同的实时性要求。5.1.2非破坏性总线仲裁技术当多个节点同时发送信息时，CAN总线采用非破坏性仲裁技术，按优先级顺序通信，大大节省总线冲突仲裁时间，避免网络瘫痪。这种仲裁机制保证了不会丢失信息或者造成时间的丢失，高优先级的发送方将获得总线访问权。CAN总线的传输速率最高可以达到1Mbit/s（在40m以内），直接传输距离最远可以达到10km（在传输速率5kbit/s以下）。这使得CAN总线既能够满足高速数据传输的需求，也能够适应远距离通信的场景。5.1.3高速率与远距离传5.1.4检错与可靠性CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了通信的可靠性。在数据传输过程中，如果发生错误，CAN总线具有错误检测和错误标识机制。对于出现的错误帧，CAN会自动重发，确保数据的正确传输。同时，CAN还能区分临时错误和水久故障节点，并自动关闭失效节点，进一步提升系统的稳定性。““5.1.5多分支结构与节点数量CAN总线是一种多分支结构，允许在一条总线上挂接多达110个设备（理论上可以挂接更多的设备，但实际应用中受到总线驱动电路的限制）。这种多分支结构使得CAN总线具有很高的可扩展性和灵活性，方便增加或减少节点。CAN总线已经实现了标准化、规范化，遵循国际标准ISO11898。这意味着不同厂商生产的CAN设备可以很好地兼容和互操作。标准化和规范化促进了CAN技术的广泛应用和发展。5.1.6标准化与规范化075.2帧用于传输数据，包含帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束等部分。用于请求发送具有相同标识符的数据帧，由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束等部分组成。用于在接收和发送消息时检测出错误时通知错误的帧，由错误标志和错误界定符组成。用于接收节点通知其尚未准备好接收帧，或者在帧间空间需要附加的延时，由过载标志和过载界定符组成。帧类型数据帧远程帧错误帧过载帧标志数据帧或远程帧的开始，由一个单独的“显性”位组成。帧起始由标识符和远程发送请求位（RTR）组成，用于确定消息的优先级和类型。仲裁场由数据长度代码（DLC）和保留位组成，DLC表示数据场中字节的数量。控制场帧结构数据场包含0~8个字节的数据，其内容由具体的应用层协议定义。CRC场包括CRC序列和CRC界定符，用于帧的校验。应答场由应答间隙和应答界定符组成，用于接收节点向发送节点确认已成功接收帧。帧结束由7个“隐性”位组成，标志帧的结束。帧结构085.3总线访问方法CAN总线采用基于消息优先级的非破坏性位仲裁机制，确保高优先级消息能够优先于低优先级消息传输。当多个节点同时发送消息时，通过逐位仲裁方式确定哪个节点获得总线使用权。优先级由消息的标识符（ID）决定，ID越小，优先级越高。5.3.1基于优先级的访问控制5.3.2载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）CSMA/CA是一种分布式介质访问控制协议，用于减少数据碰撞并提高网络吞吐量。01节点在发送数据前会先侦听总线是否空闲，若空闲则进行发送；若忙碌则等待随机退避时间后重试。02通过冲突避免算法减少数据碰撞的可能性，提高网络效率。03CAN总线具有强大的错误检测和恢复能力，确保数据传输的可靠性。5.3.3错误处理和恢复机制当节点检测到错误时，会发送错误帧通知其他节点，并采取相应措施进行恢复。根据错误的严重程度，节点可能会进入错误被动模式或总线关闭状态，以避免对网络造成更大影响。010203CAN总线采用硬同步和重同步机制确保所有节点在时间上保持同步。硬同步发生在帧起始处，所有节点会调整其位时间以与发送节点保持一致。重同步则用于补偿因传播延迟和时钟漂移引起的同步误差，确保数据传输的准确性。5.3.4同步机制095.4信息路由静态路由基于预定义的路由表进行信息转发，适用于网络拓扑结构相对固定的情况。动态路由5.4.1信息路由机制根据网络实时状态动态调整路由表，以适应网络拓扑的变化，提高网络的灵活性和可靠性。0102手动配置管理员手动输入路由信息，适用于小型、静态的网络环境。自动学习通过路由协议自动学习并更新路由表，适用于大型、动态的网络环境。5.4.2路由表构建VS选择到达目的地的最短路径进行信息转发，以减少传输延迟。负载均衡根据网络链路的带宽和利用率，合理分配信息流量，以提高网络的整体性能。最短路径优先5.4.3路由优化策略路由备份为主用路由设置备份路由，当主用路由出现故障时，自动切换到备份路由。路由环路避免通过实施路由毒逆和分割水平等技术，防止路由环路的发生，确保信息的正确转发。5.4.4故障恢复与容错机制105.5网络灵活性可扩展性CAN总线网络具有良好的可扩展性，可以方便地增加或减少节点，而不需要对整个网络进行大的改动。这种灵活性使得CAN网络能够适应不同规模和复杂度的车辆控制系统。配置灵活性CAN协议允许每个节点根据实际需求进行灵活配置，包括波特率、帧类型等。这种配置灵活性使得CAN网络能够适应多种应用场景和需求。5.5网络灵活性错误处理和恢复CAN协议具有强大的错误处理和恢复机制。当网络中某个节点发生故障时，其他节点仍然能够正常工作，保证了整个网络的稳定性和可靠性。这种机制进一步增强了网络的灵活性，使得系统能够在面对各种复杂情况时保持正常运行。多分支结构支持CAN网络支持多分支结构，这意味着可以从一个主干线上分出多个支线，连接到不同的设备或模块上。这种结构不仅提高了网络的覆盖范围，还使得系统布局更加灵活多变。5.5网络灵活性115.6数据一致性在CAN网络中，数据一致性是至关重要的，因为它确保了在同一网络中，所有节点都能接收到相同的信息。这有助于维持系统的稳定性和可靠性。确保网络中所有节点接收相同的信息通过保持数据一致性，可以避免因数据差异而导致的冲突和错误，从而提高整个系统的性能。防止数据冲突和错误数据一致性的重要性广播机制CAN网络使用广播机制，即所有节点都能接收到发送节点发送的信息。这种机制确保了网络中所有节点都能获取到相同的数据。错误检测和纠正仲裁机制实现数据一致性的方法CAN协议具有强大的错误检测和纠正能力。当检测到错误时，会采取相应的措施来纠正错误，从而确保数据的准确性。CAN网络中的仲裁机制用于解决多个节点同时发送数据时可能产生的冲突。通过优先级判定，确保高优先级的数据能够优先传输，从而避免了数据冲突。车辆控制系统在车辆控制系统中，各个控制单元需要通过CAN网络进行通信。数据一致性确保了各个控制单元能够接收到准确且一致的信息，从而实现车辆的稳定运行。诊断系统在车辆诊断系统中，数据一致性有助于确保诊断信息的准确性。通过比较不同节点的数据，可以及时发现并解决问题。数据一致性在网络中的应用125.7远程数据请求远程数据请求是CAN网络中的一种通信机制，允许一个节点请求另一个节点发送特定的数据。定义与功能该机制主要应用于诊断、配置或获取某些实时数据时。应用场景远程数据请求概述帧起始表示数据帧开始的SOF位。仲裁场由11位标识符和远程发送请求位（RTR）组成，RTR位为隐性表示远程帧。控制场由6位组成，表示数据长度代码，对于远程帧此部分为固定值。CRC场包括15位的CRC序列和1位的CRC界定符，用于校验帧的传输错误。应答场由2位组成，包括应答间隙和应答界定符，用于确认接收节点是否正确接收。帧结束由7个隐性位组成，表示数据帧的结束。远程数据请求帧结构010402050306远程数据请求处理流程发送节点构建远程数据请求帧，并将其发送到CAN总线上。02040301响应数据发送接收节点将准备好的数据封装在数据帧中，并发送回发送节点。接收节点识别远程数据请求帧，并根据请求内容准备相应的数据。发送节点处理发送节点接收到响应数据后，进行解析和处理。注意事项与常见问题010203确保CAN网络中的节点能够正确识别和处理远程数据请求帧。注意远程数据请求可能会引起网络负载增加，需要合理规划请求频率和数据量。在处理远程数据请求时，需要考虑数据的安全性和完整性，避免出现数据泄露或被篡改的情况。135.8错误检测应答机制发送节点在发送数据后会等待接收节点的应答，如果没有收到应答或应答错误，则认为数据传输出现错误。循环冗余检查（CRC）通过计算数据的CRC值，接收节点可以验证数据的完整性，检测在传输过程中是否发生错误。帧检查序列（FCS）FCS是附加在数据单元后面的冗余检查值，用于检测数据传输或存储后是否有错误。错误检测机制错误处理策略01当检测到数据传输错误时，发送节点会重新发送数据，直到接收节点正确接收为止。系统会记录每个节点的错误次数，当错误次数超过一定限制时，会采取相应的处理措施，如暂停该节点的数据传输。在发生错误后，系统需要采取相应的恢复措施，如重新初始化连接、清除错误计数器等，以确保后续数据传输的正确性。0203错误重发错误计数与限制错误恢复错误检测的重要性提高数据传输的可靠性通过错误检测机制，可以及时发现并处理数据传输过程中的错误，从而提高数据传输的可靠性。保障系统稳定运行错误检测是保障系统稳定运行的重要手段之一，它可以有效避免因数据传输错误而导致的系统异常或故障。提升用户体验对于道路车辆控制器局域网这样的系统来说，稳定、可靠的数据传输是提升用户体验的关键因素之一。通过错误检测机制，可以确保用户在使用过程中获得更好的体验。145.9错误标识和恢复时间错误标识在CAN通信中，错误标识是一个重要的机制，用于检测和指示数据传输过程中可能发生的错误。当节点在发送或接收数据时检测到错误，它会通过发送错误帧来标识该错误，从而防止错误数据的进一步传播。错误类型CAN协议中定义了多种类型的错误，包括但不限于位错误、填充错误、CRC错误等。这些错误类型都有对应的错误标识方法，以便其他节点能够准确识别并作出相应处理。5.9错误标识和恢复时间恢复时间在发生错误后，CAN网络需要一定的时间来恢复和重新建立稳定的通信状态。恢复时间的长短取决于具体的错误类型和网络的配置。一般来说，网络会在检测到错误后自动进行重发或采取其他恢复措施，以确保数据的完整性和可靠性。错误处理和容错机制CAN协议具有强大的错误处理和容错能力。当某个节点发生错误时，其他节点会通过错误标识机制迅速识别并作出响应，如停止发送数据、进入错误被动模式等。这种机制有效地防止了因单个节点故障而导致的整个网络瘫痪的情况发生。同时，CAN协议还支持自动重发机制，以确保重要数据的可靠传输。5.9错误标识和恢复时间155.10应答应答机制概述在CAN通信中，应答机制是一种重要的通信确认方式，用于确保发送的数据帧被成功接收。当接收器成功接收到数据帧后，会发送一个应答信号（ACK）给发送器，以确认数据的正确接收。应答信号的特点应答信号是CAN协议中定义的一种短帧，具有特定的格式和位场。它通常包含应答位和应答分隔符，用于标识应答的开始和结束。应答信号在总线上传输时，具有高的优先级，以确保其及时被发送和接收。5.10应答“5.10应答应答过程在数据帧传输过程中，发送器会等待接收器的应答信号。如果在规定的时间内未收到应答信号，发送器会认为数据帧传输失败，并可能采取重发或其他错误处理措施。应答过程的成功执行是确保CAN网络通信可靠性和稳定性的关键环节。应答丢失或错误处理当发生应答丢失或错误时，CAN协议提供了一套完整的错误处理机制。这包括错误检测、错误标识和错误恢复等步骤。通过这些措施，可以及时发现并处理应答过程中的问题，从而确保整个通信系统的正常运行。165.11自动重发触发条件接收确认超时发送节点在发送消息后会等待接收节点的确认，若在一定时间内未收到确认，则会认为消息未成功发送，从而触发重发。传输错误当发送的消息帧在传输过程中出现错误，未能成功到达接收节点时，会触发自动重发机制。定时重发在检测到传输错误或接收确认超时时，发送节点会在一定的时间间隔后重新发送消息。01重发策略重发次数限制为了避免无限循环的重发，通常会设置一个最大重发次数。当达到最大重发次数后，若仍未能成功发送消息，则会停止重发并报告错误。02避免网络拥堵自动重发机制可能会导致网络上的消息数量增加，从而引发网络拥堵。因此，在设计自动重发机制时，需要合理设置重发的时间间隔和次数，以避免对网络造成过大的负担。错误处理当自动重发机制无法解决问题时，需要采取其他错误处理措施，例如报告错误给上层应用或进行故障排查。注意事项175.12故障界定涉及CAN总线通信中断、数据丢失或错误等问题。通信故障指CAN网络中某个节点（ECU）发生故障，无法正常通信或响应。节点故障包括物理层设备（如线缆、连接器）损坏或性能下降导致的故障。硬件故障5.12.1故障类型使用诊断工具通过专业的CAN总线诊断工具，检测网络中的通信状态、错误计数器等指标，以确定故障类型和位置。检查物理连接对CAN总线的物理连接进行检查，包括线缆是否破损、连接器是否松动或腐蚀等。分析数据流通过监听CAN总线上的数据流，分析是否存在异常或错误的数据包，从而定位故障节点或通信问题。5.12.2故障诊断方法对于物理层设备损坏的故障，需要修复或更换相应的硬件设备。修复或更换硬件软件更新或重置优化网络配置对于节点故障或通信故障，可能需要通过软件更新或重置ECU来解决问题。针对网络通信问题，可以调整CAN网络的波特率、采样点等配置参数，以优化网络通信性能。5.12.3故障处理措施01定期检查和维护定期对CAN总线系统进行检查和维护，确保物理连接的稳定性和可靠性。5.12.4预防措施02使用高质量设备选择质量可靠的CAN总线设备和连接器，以降低硬件故障的风险。03加强软件更新和测试定期对ECU软件进行更新和测试，以确保其稳定性和兼容性。185.13主动错误定义与概念在CAN网络中，主动错误状态是指节点在检测到错误时，能够主动发送错误帧，并采取相应措施防止错误扩散的状态。这种状态表明节点具有正常的错误处理能力。错误帧的发送在主动错误状态下，如果节点检测到错误，它会立即发送一个错误帧，通知网络上的其他节点。这个错误帧包含了错误标志和错误界定符，用于标识错误的类型和位置。5.13主动错误5.13主动错误与被动错误状态相比，主动错误状态下的节点具有更高的错误处理能力。在被动错误状态下，节点不会主动发送错误帧，而是等待其他节点的指令。如果错误持续发生，节点最终可能进入总线关闭状态，此时它将完全从网络上断开，以防止进一步的错误扩散。与其他错误状态的比较在发送错误帧后，节点会尝试重新发送之前未能成功传输的数据帧。如果重新发送成功，那么错误计数器会相应减少。这种机制有助于网络从短暂干扰中恢复，并保持通信的稳定性。错误恢复195.14被动错误5.14被动错误错误计数与恢复在被动错误状态下，节点会继续监视总线上的活动，并尝试在错误计数减少到一定程度后恢复到主动错误状态。这通常涉及到一系列复杂的错误处理和恢复机制，以确保网络的稳定性和可靠性。行为特性处于被动错误状态的节点在发送消息时会受到一些限制。例如，它可能在发送消息后等待更长的时间来监听总线上的反应，以确保没有其他节点同时发送消息，从而避免冲突。此外，如果处于被动错误状态的节点在尝试发送消息时与处于主动错误状态的节点发生冲突，它会退让并停止发送，以减少对网络的影响。定义与转换在CAN通信中，当节点检测到自身出现错误并达到一定的错误计数阈值时，该节点会从主动错误状态转变为被动错误状态。这是一种错误管理机制，旨在防止因单个节点的故障而影响整个网络的稳定性。5.14被动错误对网络的影响：虽然被动错误状态的节点在发送消息时会受到一些限制，但这种机制有助于维护整个CAN网络的稳定性和可靠性。通过防止错误节点过度干扰网络，可以确保其他正常工作的节点能够继续进行通信。总的来说，被动错误状态是CAN协议中一种重要的错误管理机制，它有助于在节点出现故障时保护网络的稳定性和可靠性。通过限制故障节点的行为并促进其恢复，这种机制为道路车辆和其他控制应用提供了一个健壮且可靠的通信环境。205.15总线关闭总线关闭是指在CAN网络中，当出现严重错误或异常情况时，为了保护网络免受进一步损坏而采取的一种措施。通过关闭总线，可以防止错误数据的继续传播，确保网络的稳定性和可靠性。总线关闭的定义在总线关闭后，系统需要一种机制来恢复正常的通信。这通常涉及到错误计数器的重置、节点的重新同步以及可能的网络管理策略。恢复过程需要确保所有节点都能够重新加入到网络中，并且数据的一致性得到保证。总线关闭后的恢复5.15总线关闭5.15总线关闭总线关闭对网络的影响：总线关闭虽然可以保护网络免受进一步损坏，但同时也会导致网络通信的暂时中断。这对于依赖实时数据的车辆控制系统来说是一个挑战。因此，在设计CAN网络时需要充分考虑错误处理和恢复策略，以最小化总线关闭对网络性能的影响。总的来说，总线关闭是CAN网络中一个重要的保护机制，它能够在出现严重错误时保护网络的稳定性和可靠性。然而，在实际应用中需要仔细设计错误处理和恢复策略，以确保网络的持续和稳定运行。216CAN的层级架构6.1物理层物理信令定义了CAN总线上的电平表示，包括显性电平和隐性电平两种状态，分别对应逻辑“0”和逻辑“1”。传输介质电气特性通常采用双绞线作为传输介质，具有较高的抗干扰能力和远距离传输性能。规定了总线上的电压范围、终端电阻等电气参数，确保信号的稳定传输。定义了数据帧、远程帧、错误帧和过载帧等四种类型的帧结构，用于实现不同的通信功能。帧结构采用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）机制，确保多个节点有序地访问总线。介质访问控制提供了错误检测、错误通知和错误恢复等机制，保证数据传输的可靠性。错误处理6.2数据链路层010203虽然CAN协议本身不支持路由功能，但在实际应用中，可以通过网关等设备实现不同CAN网络之间的数据交换。路由功能支持通过集线器或交换机等设备构建多分支网络结构，方便扩展和维护。多分支结构6.3网络层数据分段与重组在需要传输大量数据时，可以将数据分段传输，并在接收端进行重组。流量控制通过控制发送数据的速率和数量，避免网络拥堵和数据丢失。6.4传输层应用协议定义了基于CAN总线的应用层协议，如J1939、ISO11898-4等，用于实现具体的应用功能。数据解析与处理在应用层对数据进行解析、处理和存储等操作，以满足不同应用场景的需求。6.5应用层226.1参考OSI模型数据链路层负责将比特流组合成帧，以实现数据的可靠传输。帧同步通过添加校验和等机制，数据链路层能够检测并纠正数据传输过程中可能出现的错误。差错控制数据链路层通过控制数据的发送速率，防止因发送方发送数据过快而导致接收方来不及处理。流量控制数据链路层的功能VS在CAN协议中，物理层负责实际的数据传输，包括位定时、位编码/解码、同步等。这与OSI模型的物理层功能相对应。数据链路层CAN协议的数据链路层包括媒体访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。MAC子层负责处理传输规则，如帧结构、应答、错误检测和标定等。LLC子层则负责在数据链路层上建立、维护和终止逻辑连接，以及数据传输过程中的流量控制和差错控制。这与OSI模型的数据链路层功能相对应。物理层OSI模型与CAN协议的对应关系CAN协议在OSI模型中的应用特点CAN协议采用非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点可以优先传输数据，从而保证了数据的实时性。实时性强CAN协议采用了多种错误检测和纠正机制，如循环冗余校验（CRC）、应答机制等，提高了数据传输的可靠性。可靠性高CAN协议可以根据不同的需求进行配置，如设置不同的波特率、帧类型等，以满足不同应用场景的需求。灵活性好236.2协议定义定义了数据帧、远程帧、错误帧和过载帧等格式，以及帧间空间等时间参数，确保数据的准确传输。帧结构定义明确了数据链路层中数据的传输顺序、优先级和错误处理机制，以保证数据传输的可靠性和稳定性。传输规则通过定义接收缓冲区的机制和策略，避免数据拥塞和丢失，确保数据的连续传输。流量控制数据链路层协议物理介质与接口明确了CAN总线使用的物理介质（如双绞线、光纤等）和接口标准，以保证信号的稳定传输。信号电平与编码规定了CAN总线上信号的电平标准和编码方式，以实现不同节点之间的正确通信。位定时与同步定义了位定时参数和同步策略，确保各个节点在时间上保持同步，防止数据传输错误。物理信令协议246.3服务格式定义在GB/T41588.1-2022中，关于服务格式的定义主要涉及数据链路层的服务和协议。以下是该部分内容的详细解读6.3服务格式定义1.数据链路层服务数据链路层提供无连接模式的传输服务，这意味着LLC（逻辑链路控制）用户间可以不用建立数据链接从而交换LSDU（链路服务数据单元）。这种传输可以是点对点、多播或者广播形式。提供了请求远程节点传送LSDU的服务，即远程数据请求。通过发送远程帧（RF），节点可以请求另一个节点发送相应的数据帧（DF）。6.3服务格式定义2.帧格式与类型帧类型包括数据帧、远程帧、错误帧、过载帧等，每种帧都有其特定的格式和功能。标准中定义了传统CAN帧格式和可变数据速率CAN帧格式。传统CAN帧格式的比特率可达1Mbit/s，每帧有效负载可达8字节。可变数据速率帧格式的比特率高于1Mbit/s，且每帧有效负载超过8字节。6.3服务格式定义当检测到错误时，会采取相应的措施，如发送错误帧、进行错误恢复等，以确保数据的正确传输。3.错误检测与处理标准中规定了错误检测机制，如位错误、填充错误、CRC错误等，并定义了相应的错误处理流程，如发送错误计数器和接收错误计数器的管理。6.3服务格式定义0102034.协议规范协议规范了数据链路层的行为，包括帧的发送与接收、总线访问控制、错误处理等。它确保了不同节点之间的通信能够按照统一的标准进行。总的来说，GB/T41588.1-2022中关于服务格式的定义为道路车辆控制器局域网（CAN）的通信提供了详细的技术指导和规范，确保了数据的可靠传输和网络的稳定运行。6.3服务格式定义256.4LLC接口LLC接口负责在数据链路层上建立、维护和终止逻辑连接。LLC接口还处理数据链路层上的数据传输和流量控制。逻辑链路控制（LLC）接口是数据链路层与上层协议之间的接口。LLC接口定义010203提供与网络层之间的通信服务，接收来自网络层的数据，并将其封装成数据帧进行传输。对接收到的数据帧进行解封装，将网络层数据传递给上层协议。LLC接口还具备差错控制和流量控制功能，确保数据的可靠传输。LLC接口功能点对点连接两个节点之间的直接连接，用于传输数据。多点连接多个节点之间的连接，通常用于广播或组播传输。LLC接口类型LLC接口的实现通常依赖于具体的硬件和操作系统。在实现LLC接口时，需要考虑数据帧的格式、差错控制机制、流量控制策略等因素。LLC接口的实现还需要与物理层进行交互，以确保数据的可靠传输。LLC接口实现010203267LLC子层描述LLC子层负责在数据链路层上传输数据，确保数据的可靠传输。数据传输LLC子层具有流量控制功能，能够防止因数据传输过快而导致的数据丢失或损坏。流量控制LLC子层能够检测数据传输中的错误，并采取相应的恢复措施，确保数据的完整性。错误检测与恢复LLC子层功能LLC子层协议结构010203LLCPDU结构LLC子层协议数据单元（PDU）由控制字段、信息字段和FCS字段组成，分别用于传输控制信息、实际数据和帧检查序列。控制字段格式控制字段包含了帧类型、优先级等信息，用于指示数据的传输方式和优先级。FCS字段计算FCS字段是通过特定的算法计算得出的，用于验证数据的完整性。数据传输请求MAC子层在接收到LLC子层的数据传输请求后，会进行相应的处理并返回响应。数据传输响应错误处理与反馈如果MAC子层在数据传输过程中遇到错误，会及时将错误信息反馈给LLC子层，以便LLC子层进行相应的错误处理。LLC子层接收到上层传来的数据后，会向MAC子层发送数据传输请求。LLC子层与MAC子层的交互状态机设计LLC子层的状态机包括空闲状态、发送状态、接收状态等，用于控制数据的传输过程。操作流程LLC子层的操作流程包括初始化、数据传输、错误处理等步骤，确保数据的可靠传输和错误处理。同时，LLC子层还需要与上层和MAC子层进行交互，完成数据的传输和反馈。LLC子层的状态机与操作流程277.1概述应用领域CAN广泛应用于汽车、工业自动化、航空航天等领域，实现各种设备之间的数据交换和控制功能。标准化进展CAN已成为国际标准化组织的标准，推动了其在全球范围内的应用和发展。CAN网络定义控制器局域网（CAN）是一种用于汽车和工业应用的通信协议，可实现设备间的高效数据传输。7.1.1CAN网络的定义和应用01数据链路层位置数据链路层位于物理层和网络层之间，负责将物理层的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。7.1.2数据链路层的作用和功能02主要功能数据链路层提供数据帧的封装、传输、差错控制和流量控制等功能，确保数据的可靠传输。03服务类型数据链路层提供无连接的服务和面向连接的服务，满足不同应用场景的需求。标准意义GB/T41588.1-2022是道路车辆控制器局域网（CAN）的第1部分，规定了数据链路层和物理信令的要求，为CAN网络的设计和实现提供了重要依据。01.7.1.3GB/T41588.1-2022标准的意义和内容主要内容该标准详细描述了CAN网络的数据链路层协议，包括帧结构、编码方式、传输速率、差错控制等方面的内容，确保不同设备之间的兼容性和互操作性。02.实施效果通过遵循该标准，可以提高CAN网络的可靠性、稳定性和安全性，推动其在各个领域的广泛应用和发展。03.287.2LLC子层的服务LLC子层的功能数据传输LLC子层负责在CAN网络上传输数据，确保数据的准确、高效传递。远程数据请求LLC子层能够处理远程数据请求，允许一个节点请求另一个节点发送特定的数据。数据流控制LLC子层具备数据流控制功能，可以防止网络拥堵和数据丢失。LLC子层的服务类型面向连接的服务LLC子层也支持面向连接的服务，需要在通信双方之间建立连接，确保数据的可靠传输。无连接的服务LLC子层提供无连接的服务，即数据包的发送不需要建立连接，适用于广播或组播通信。请求原语用于向LLC子层请求服务，如发送数据、接收数据等。指示原语LLC子层使用指示原语向上层报告服务的结果，如数据发送成功、接收数据等。响应原语用于对请求原语的响应，确认服务已完成或拒绝服务请求。LLC子层的服务原语可靠性LLC子层通过确认和重传机制确保数据的可靠传输，减少数据丢失的可能性。实时性LLC子层具备低延迟特性，能够满足实时性要求较高的应用场景。灵活性LLC子层支持多种服务类型和原语，能够适应不同的通信需求和场景。030201LLC子层的服务质量297.3LLC子层的功能帧传输LLC子层负责将数据从MAC子层传递到网络层，或从网络层传递到MAC子层，确保数据的可靠传输。流量控制数据传输功能LLC子层具备流量控制功能，能够防止因数据传输速率不匹配而导致的数据丢失或拥塞现象。0102数据链路控制功能差错控制LLC子层通过差错控制技术（如CRC校验）来检测和纠正数据传输过程中可能出现的错误，提高数据传输的可靠性。帧同步LLC子层负责实现帧同步，确保接收端能够准确地识别并接收发送端发送的数据帧。连接建立与拆除LLC子层负责建立和维护数据链路连接，以及在数据传输完成后拆除连接。连接状态监控LLC子层能够监控连接状态，及时发现并处理连接异常，确保数据链路的稳定性。连接管理功能在多个网络层实体共享同一个数据链路时，LLC子层负责进行多路复用与解复用操作，确保各个网络层实体能够正确地接收到自己的数据。多路复用与解复用LLC子层负责处理数据链路层的寻址和识别功能，确保数据能够准确地发送到目标节点。寻址与识别其他辅助功能307.4LLC帧结构帧起始（SOF）标志LLC帧的开始，用于同步。标识符（ID）控制场（CTRL）LLC帧组成用于标识LLC帧的优先级和类型。包含帧的传输控制信息，如数据长度、远程请求等。01020304用于检测帧传输过程中的错误。LLC帧组成循环冗余校验（CRC）标志LLC帧的结束。帧结束（EOF）接收节点通过发送应答信号来表示成功接收帧。应答场（ACK）包含实际传输的数据，长度可为0至8字节。数据场（DATA）数据帧用于传输数据，包含数据场。远程帧用于请求发送数据，不包含数据场，但控制场中的远程请求位被置位。错误帧用于指示传输过程中发生的错误，由错误标志和错误界定符组成。过载帧用于在接收节点需要延迟接收下一个帧时发送，表示接收节点尚未准备好。LLC帧类型发送节点在总线空闲时开始发送帧，首先发送帧起始和标识符。发送节点发送控制场和数据场（如果有），接收节点对接收到的数据进行处理。如果接收正确，接收节点发送应答信号；如果接收错误或无法接收，则不发送应答信号。接收节点根据标识符判断帧的优先级和类型，并准备接收后续字段。发送节点计算CRC并发送，接收节点对接收到的CRC进行校验，以检测传输错误。发送节点发送帧结束，表示LLC帧传输完成。010203040506LLC帧传输过程317.5受限的LLC帧LLC帧的定义LLC帧即逻辑链路控制帧，是用于在数据链路层进行数据传输的基本单元。受限的LLC帧是指在某些特定条件下，对LLC帧的格式和功能进行了一定限制的帧类型。格式固定受限LLC帧的格式被严格定义，包括帧头、数据段和帧尾等部分，以确保数据的准确传输。功能受限相较于普通的LLC帧，受限LLC帧可能在某些功能上有所限制，如不支持某些类型的数据传输或控制指令。应用场景特定受限LLC帧通常针对特定的应用场景而设计，以满足该场景下对数据传输的特殊需求。受限LLC帧的特点在汽车控制系统中，受限LLC帧被广泛应用于各个控制模块之间的数据传输，以实现车辆状态监测和控制指令的准确传达。汽车控制系统除了汽车行业，受限LLC帧也逐渐被应用于其他工业控制领域，如智能制造、工业自动化等，以提高数据传输的可靠性和效率。工业控制领域受限LLC帧的应用标准化和兼容性随着技术的不断发展，受限LLC帧的标准化和兼容性将成为重要的发展趋势，以促进不同设备和系统之间的互联互通。01受限LLC帧的发展趋势高性能和安全性为了满足日益增长的数据传输需求，受限LLC帧将不断提高传输性能和安全性，确保数据的实时、准确传输。02328LLC和MAC间的接口8.1LLC到MAC的接口LLC向MAC提供数据LLC层将需要传输的数据传递给MAC层，MAC层将这些数据封装成帧，准备在物理层上进行传输。LLC控制MAC的操作LLC层通过向MAC层发送控制信号来控制MAC层的操作，例如请求发送数据、停止发送数据等。LLC提供MAC需要的参数LLC层向MAC层提供必要的参数，如帧类型、目标地址等，以便MAC层能够正确地封装和传输数据。8.2MAC到LLC的接口MAC通知LLC接收状态MAC层会向LLC层提供接收状态信息，例如是否成功接收到数据、是否发生错误等。MAC提供统计信息MAC层还可以向LLC层提供统计信息，如已发送和接收的数据帧数量、错误计数等，以便LLC层进行性能分析和优化。MAC向LLC传递接收到的数据MAC层将从物理层接收到的数据帧解封装，并将数据部分传递给LLC层进行处理。030201为了实现LLC和MAC之间的交互，定义了一组原语（primitive），包括请求、指示、响应和确认等。这些原语用于在LLC和MAC之间传递控制信息和数据。LLC和MAC之间的原语8.3LLC和MAC之间的交互为了确保数据的正确传输，LLC和MAC之间需要进行同步。这包括时钟同步、帧同步等。同步机制可以确保数据在传输过程中不会丢失或错位。LLC和MAC之间的同步在数据传输过程中，可能会发生错误。LLC和MAC之间需要定义错误处理机制，以便在出现错误时能够及时发现并处理。这可以包括错误检测、错误报告和错误恢复等步骤。LLC和MAC之间的错误处理338.1服务数据链路层服务流量控制服务根据网络拥堵情况，提供流量控制机制，防止因数据过多而导致的网络拥塞。数据重传机制在数据传输出现错误或丢失时，提供数据重传服务，以保证数据的完整性和准确性。数据传输服务提供数据帧的传输功能，确保数据能够可靠地从发送节点传输到接收节点。将数字信号转换为适合在CAN总线上传输的物理信号，确保信号的稳定传输。信号电平转换提供时钟同步机制，确保各个节点之间的时间同步，以便于数据的准确传输和接收。时钟同步服务管理CAN总线上的物理连接，包括节点的上电、下电以及异常断开等情况的处理。物理连接管理物理信令服务错误检测机制通过CRC校验等方式检测数据传输过程中的错误，确保数据的正确性。错误恢复策略在检测到错误时，提供错误恢复策略，如重传数据、忽略错误数据等，以保证网络的稳定性和可靠性。错误检测和恢复服务访问控制服务提供节点访问控制机制，防止未经授权的节点接入CAN网络，确保网络的安全性。数据加密服务对敏感数据进行加密处理，确保数据在传输过程中的安全性和保密性。安全管理服务348.2时间和时间触发在CAN网络中，时间同步是确保各个节点能够准确、有序地交换数据的基础。通过时间同步，可以避免数据冲突和混乱，保证网络通信的可靠性和稳定性。时间同步的重要性时间触发通信的概念时间触发通信是指在网络中，数据的传输是按照预定的时间表来进行的。与事件触发通信相比，时间触发通信具有更高的可预测性和确定性。时间触发通信在CAN中的应用在CAN网络中，时间触发通信可以确保重要的控制信息能够在预定的时间内准确传输。这对于需要高精度和高可靠性的应用场合（如汽车控制系统）来说是非常重要的。GB/T41588.1-2022中关于时间和时间触发的规定标准中详细规定了CAN网络中的时间同步机制和时间触发通信的协议。这些规定确保了不同厂商的设备能够在CAN网络中实现无缝对接和互操作。总的来说，时间和时间触发在CAN网络中扮演着至关重要的角色，它们确保了网络通信的有序、可靠和高效。GB/T41588.1-2022标准中关于时间和时间触发的规定为这一目标的实现提供了有力的保障。358.3禁止自动重发避免网络拥堵在CAN网络中，若允许自动重发，可能会导致网络拥堵，影响其他消息的传输。防止消息重复自动重发可能导致接收节点收到重复的消息，造成数据处理上的困扰。确保消息实时性禁止自动重发可以确保消息的实时性，避免过时消息对网络的影响。禁止自动重发的原因消息确认机制通过接收节点的消息确认，确保消息被正确接收后，发送节点不再进行重发。超时重传机制在发送消息后，若在一定时间内未收到确认，发送节点可以进行一次重传，但重传后仍需等待确认，避免无限重传。错误处理机制当发送节点检测到错误时，如CRC校验错误，不进行自动重发，而是将错误信息反馈给上层应用进行处理。020301实现禁止自动重发的方法368.4报文的时间戳010203时间戳是指在网络传输中，对每一个报文所附加的精确时间标记。它记录了报文发送或接收的具体时间，为数据的传输和接收提供了时间参考。在CAN网络中，时间戳对于确保数据的实时性和同步性至关重要。时间戳的定义监控报文的传输延迟通过对比发送和接收时间戳，可以计算出报文的传输延迟，从而评估网络的性能。同步多个节点在分布式系统中，时间戳可以帮助各个节点实现时间同步，确保数据的正确处理。故障排查当网络出现故障时，时间戳可以提供详细的时间线，帮助工程师快速定位问题所在。时间戳的作用时间戳的实现方式01使用硬件时钟（如实时时钟RTC）来生成精确的时间戳。这种方式精度高，但需要额外的硬件支持。通过软件计数器或操作系统提供的时间函数来生成时间戳。这种方式实现简单，但精度可能受到操作系统调度和处理器负载的影响。在网络中使用特定的同步协议（如PTP或NTP）来同步各个节点的时间戳。这种方式可以实现全网的时间同步，但需要额外的网络带宽和计算资源。0203硬件时钟软件时钟同步协议01自动驾驶在自动驾驶系统中，各个传感器和控制单元需要通过CAN网络进行高速数据传输。时间戳可以确保数据的实时性和准确性，从而提高自动驾驶的安全性和可靠性。车辆状态监控通过监控CAN网络中报文的时间戳，可以实时了解车辆各个部件的工作状态，及时发现并处理潜在问题。故障诊断当车辆出现故障时，通过分析带有时间戳的报文数据，可以快速定位故障原因并采取相应的维修措施。时间戳的应用场景0203379MAC子层MAC子层负责将LLC子层传递下来的数据封装成帧，并添加必要的控制信息，然后通过物理层发送到总线上。同时，它也负责接收来自物理层的帧，去除控制信息后，将数据部分传递给LLC子层。帧发送与接收在CAN网络中，多个节点可能同时尝试发送数据。MAC子层采用基于优先级的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议来解决总线访问冲突。这种协议能够确保高优先级的帧能够优先发送，从而保证了网络通信的实时性和可靠性。媒体访问控制9.MAC子层9.MAC子层帧类型与支持MAC子层支持传统CAN帧格式和可变数据速率CAN帧格式。传统CAN帧格式的比特率可达1Mbit/s，每帧有效负载可达8字节；而可变数据速率帧格式的比特率高于1Mbit/s，每帧有效负载超过8字节。这种灵活性使得CAN网络能够适应不同的应用需求。错误检测与处理MAC子层还具备错误检测功能，能够检测出传输过程中的错误，并通过发送错误帧来通知其他节点。此外，它还能根据错误情况采取相应的处理措施，如重发数据或关闭故障节点等。389.1概述CAN总线能够实现高效、稳定的数据传输，满足车辆各系统之间的实时通信需求。高效的数据传输CAN总线被广泛应用于各种道路机动车辆中，包括轿车、卡车、客车等。广泛的适用性CAN总线遵循国际标准，具有良好的兼容性和可扩展性，便于不同厂商之间的产品集成。标准化与兼容性控制器局域网（CAN）的重要性010203技术发展需求国内外汽车市场对于车辆通信系统的安全性、可靠性和实时性要求越来越高，推动相关标准的制定和完善。市场需求国际化趋势为了与国际接轨，提高我国汽车产业的国际竞争力，需要制定符合国际标准的CAN总线规范。随着汽车电子技术的快速发展，车辆内部通信系统的性能需求不断提高，需要制定更高标准来规范CAN总线的应用。GB/T41588.1-2022标准的制定背景数据链路层规范定义了CAN总线的数据链路层协议，包括帧结构、帧类型、错误处理等。物理信令规范规定了CAN总线的物理层参数和信号传输方式，确保数据的稳定传输。网络管理和诊断规范提供了网络管理功能和诊断通信的协议及实现方法，便于车辆系统的维护和升级。标准的主要内容标准的实施意义保障行车安全规范的CAN总线应用能够确保车辆各系统之间的稳定通信，为行车安全提供有力保障。促进汽车产业创新发展标准的制定和实施有助于推动汽车电子技术的创新发展，提升我国汽车产业的竞争力。提升车辆通信系统性能通过实施该标准，可以提高车辆内部通信系统的实时性、可靠性和安全性。399.2MAC子层服务MAC子层负责将LLC子层传递下来的数据封装成帧，以便在物理层上进行传输。同样地，它也负责将接收到的帧解封装，提取出数据部分，传递给LLC子层。数据封装与解封装9.2MAC子层服务MAC子层管理帧的发送和接收过程。在发送时，它确保帧格式的正确性，并处理与物理层的接口。在接收时，它负责帧的同步、检错和确认。帧发送与接收MAC子层实现CAN协议的媒体访问控制机制，即基于优先级的非破坏性仲裁。这种机制允许多个节点同时访问总线，而不会造成数据冲突或丢失。媒体访问控制错误检测与恢复MAC子层具备错误检测功能，能够识别传输过程中的错误，并通过相应的错误处理机制（如错误帧的发送）来通知其他节点。此外，它还支持错误恢复过程，以确保网络通信的可靠性。流量控制虽然CAN协议本身没有显式的流量控制机制，但MAC子层通过与LLC子层的交互，可以间接实现对数据传输速率的控制，从而避免网络拥堵。支持不同帧格式MAC子层支持传统CAN帧格式和可变数据速率CAN帧格式。这两种格式在数据长度、传输速率和优先级等方面有所不同，MAC子层需要相应地处理这些差异。9.2MAC子层服务409.3MAC子层架构的功能模型MAC子层负责将上层数据封装成帧，以便在物理信道上传输，并在接收端进行解封。帧封装与解封MAC子层确定多路访问信道下一个使用者的协议，管理并控制对物理信道的访问。媒体访问控制MAC子层具备错误检测和纠正能力，以确保数据的完整性和准确性。错误检测和纠正MAC子层的功能逻辑链路控制子层（LLC）负责数据链路层上层的部分，与媒介访问方法类型无关，提供无连接模式的传输服务。介质访问控制子层（MAC）主要功能是调度，将逻辑信道映射到传输信道，根据逻辑信道的瞬时源速率为各个传输信道选择适当的传输格式。MAC子层的组成LLC子层接收来自上层的数据，并将其封装成帧。2.接收过程LLC子层对接收到的帧进行解封，并将数据传递给上层。1.发送过程MAC子层确定信道的访问权，并将帧发送到物理信道上。MAC子层从物理信道上接收帧。MAC子层的工作流程010203040506GB/T41588.1-2022为道路车辆控制器局域网提供了标准化的数据链路层和物理信令接口，确保了不同厂商的设备能够互操作。标准化接口通过定义明确的数据链路层和物理信令规范，该标准有助于提高CAN网络的可靠性和性能。提高可靠性和性能该标准的实施有助于推动汽车行业和其他工业控制领域的发展，提高整个行业的效率和安全性。推动行业发展标准的重要性419.4MAC帧结构9.4MAC帧结构仲裁场(ArbitrationField)包括标识符（ID）和远程发送请求位（RTR）。标识符决定了报文的优先级，其长度可以是11位（标准格式）或29位（扩展格式）。RTR位在数据帧中为显性（0），而在远程帧中为隐性（1）。控制场(ControlField)由6个位组成，包括数据长度代码（DLC）和两个保留位。DLC指示了数据场中字节的数量（0~8字节）。帧起始(StartofFrame,SOF)标志着数据帧或远程帧的开始，由一个单独的显性位组成，用于同步总线上的所有节点。0302019.4MAC帧结构数据场(DataField)包含0到8个字节的数据，具体字节数由控制场中的DLC决定。数据的传输从最高有效字节（MSB）开始。循环冗余检查(CRC)场包括CRC序列（15位）和CRC界定符（1位隐性位）。CRC用于检测报文传输过程中的错误。应答场(ACKField)包括应答位和应答界定符。如果接收节点正确接收到报文，则会在应答位发送一个显性位以表示应答。9.4MAC帧结构帧结束(EndofFrame,EOF):由7个隐性位组成，标志着帧的结束。MAC帧结构是CAN协议中非常关键的一部分，它定义了数据在CAN总线上传输的格式和规则。通过理解MAC帧结构，我们可以更好地了解CAN协议的工作原理和如何确保数据的准确传输。429.5帧编码定义帧编码是指在CAN通信中，将数据转化为特定的格式，以便于在总线上进行传输的过程。目的确保数据的准确传输，提供错误检测和纠正机制，以及实现数据的高效传输。帧编码的基本概念CRC校验在帧的末尾添加CRC（循环冗余校验）字段，用于接收节点验证数据的完整性。数据封装将需要传输的数据封装成标准的CAN帧格式，包括数据帧、远程帧、错误帧等。位填充在数据帧或远程帧的位流中，每当出现连续五个相同位后，插入一个补码位（与前五位相反的位），以确保接收节点能够准确同步并解码数据。帧编码的详细过程鲁棒性通过位填充和CRC校验等机制，提高了数据传输的鲁棒性，减少了因干扰或线路故障导致的数据错误。高效性CAN协议的帧编码方式使得数据能够在总线上高效传输，满足了实时控制的需求。标准化遵循统一的国际标准，确保了不同厂商和设备之间的兼容性。帧编码的特点在现代汽车中，CAN总线广泛应用于发动机控制、车身控制、安全系统等各个模块之间的通信。汽车控制系统帧编码的应用场景在工业自动化领域，CAN总线也常被用于设备之间的数据传输和控制。工业自动化除了汽车和工业自动化，CAN总线还应用于航空航天、船舶、医疗设备等多个领域。其他领域439.6帧应答在CAN通信中，帧应答是一种机制，用于接收节点向发送节点确认已成功接收数据帧或远程帧。定义帧应答提高了通信的可靠性，确保数据在传输过程中的完整性和准确性。作用帧应答的定义和作用帧应答的工作原理010203应答场数据帧和远程帧均包含一个应答场，用于接收节点发送应答信号。应答位应答场中的应答位由接收节点设置，以表示是否成功接收帧。应答信号发送当接收节点成功接收并处理一个帧后，它会在应答场发送一个应答信号，通知发送节点数据已被正确接收。无应答情况如果发送节点未收到应答信号，它会认为帧传输失败，并可能采取重发等错误处理措施。错误帧处理帧应答的异常情况处理在帧传输过程中，如果检测到错误，节点会发送错误帧来中断当前通信，并进行错误处理。0102帧应答的性能优化减少应答延迟优化硬件和软件设计，以减少从接收数据到发送应答信号之间的延迟时间，提高通信效率。选择性应答在某些情况下，可以选择性地只对某些重要或特定标识符的帧进行应答，以减轻网络负载并提高关键数据的传输可靠性。注意以上内容是基于对CAN通信协议的一般理解，并结合了帧应答机制的基本概念和工作原理进行的解读。具体实现细节可能因不同的硬件和软件平台而有所差异。在实际应用中，建议参考相关的CAN通信协议规范和具体的硬件/软件文档来进行详细设计和实现。449.7帧的有效性在CAN通信中，帧的有效性是指数据帧或远程帧在传输过程中是否满足特定的格式和规则，以确保数据的正确传输和接收。它是评估CAN网络性能和可靠性的关键指标。定义与重要性根据GB/T41588.1-2022，有效的CAN帧必须严格遵守该标准中定义的数据链路层和物理信令规范。这包括帧结构、位速率、填充规则、错误检测与处理等方面的要求。标准符合性帧有效性概述帧格式检查首先，接收节点会检查接收到的帧是否符合标准中定义的格式。这包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场（对于数据帧）、CRC场、应答场和帧结束等部分的正确性和完整性。位错误检测在帧传输过程中，发送节点和接收节点都会进行位错误检测。如果检测到位错误，即发送节点和接收节点在某一位上的值不一致，那么该帧将被视为无效帧。填充规则验证为了避免在数据中出现过多的连续相同位而导致接收节点同步丢失，CAN协议中引入了填充规则。接收节点会验证接收到的帧是否遵守了这些填充规则。CRC校验CRC（循环冗余校验）是一种用于检测数据传输过程中是否发生错误的校验方法。接收节点会使用CRC算法对接收到的帧进行校验，以确保数据的完整性。帧有效性判断依据01020304错误帧发送当接收节点检测到无效帧时，它会发送一个错误帧来通知发送节点。错误帧的发送会导致当前帧的传输被中断，并触发重发机制。帧无效处理机制重发机制如果发送节点在规定的时间内没有收到应答信号或接收到错误帧，它会尝试重新发送该帧。这种重发机制有助于提高数据传输的可靠性。故障界定与隔离在某些情况下，如果某个节点持续发送无效帧或干扰网络通信，其他节点可能会通过特定的故障界定机制将其隔离出网络，以确保整个网络的稳定性和可靠性。459.8位发送顺序定义与目的8位发送顺序是指在CAN通信中，数据帧或远程帧的8个数据位（即字节）从最高位（MSB）到最低位（LSB）的发送顺序。重要性正确的发送顺序是确保数据在传输过程中准确无误的关键，它影响着接收节点对数据的解析和处理。9.1发送顺序概述9.2发送顺序详解示例说明以数据帧为例，假设要发送的数据为0x12（十六进制表示），其二进制形式为00010010。按照MSBFirst的方式，发送顺序将为：0->0->0->1->0->0->1->0。最高位优先（MSBFirst）在CAN通信中，通常采用最高位优先的发送方式。即先发送字节的最高位，然后依次发送次高位，直至最低位。VS接收节点需与发送节点保持同步，按照相同的发送顺序接收数据。数据解析接收节点根据接收到的数据位顺序，将其还原为原始数据。在上面的示例中，接收节点将接收到的8位数据重新组合为00010010，即0x12。同步接收9.3接收端处理在发送过程中，若接收节点检测到某一位的数据与预期不符，将触发位错误。发送节点和接收节点均会记录位错误，并采取相应措施进行处理。位错误检测当发生位错误时，CAN控制器会采取重发、错误计数增加等措施来确保数据的可靠传输。若错误计数达到阈值，节点将进入错误被动状态或总线关闭状态，以防止对总线造成进一步干扰。处理机制9.4错误检测与处理469.9媒介访问方法载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）在发送数据前，节点会先侦听信道是否空闲，若空闲则进行发送，否则将随机退避一段时间后重新尝试。优先级划分CAN总线上的数据帧具有不同的优先级，优先级高的数据帧可以优先获得总线的使用权，确保重要信息的及时传输。媒介访问控制机制节点将需要发送的数据封装成数据帧，然后发送到总线上。其他节点接收到数据帧后，会进行解析并根据需要做出相应的响应。数据帧传输当一个节点需要某个数据时，可以发送一个远程帧请求。接收到请求的节点会响应并发送相应的数据帧。远程帧请求帧传输过程错误处理和恢复机制当发生错误时，CAN总线会采取一系列措施进行恢复，包括自动重发、错误计数器等。如果错误严重，节点会被暂时或永久地从总线上隔离，以确保其他节点的正常通信。错误恢复CAN总线具有强大的错误检测机制，包括位错误、填充错误、CRC错误等。一旦检测到错误，节点会发送错误帧来通知其他节点。错误检测流量控制为了避免总线上的数据拥塞，CAN协议采用了流量控制机制。当某个节点发送数据过快时，其他节点可以通过发送过载帧来通知发送节点减缓发送速度。拥塞避免为了避免因大量数据同时发送而造成的拥塞，CAN协议还采用了退避算法。当节点检测到总线繁忙时，会随机退避一段时间后再次尝试发送数据，从而降低冲突和拥塞的可能性。流量控制和拥塞避免479.10MAC数据的一致性确保信息准确传递在CAN网络中，数据一致性是确保信息能够准确、无误地从发送节点传递到接收节点的关键因素。01数据一致性的重要性维护系统稳定性数据不一致可能导致系统行为异常，甚至引发故障。通过保持数据一致性，可以维护整个系统的稳定性和可靠性。02MAC层在数据一致性中的作用帧校验与确认MAC层负责对发送的帧进行校验，并在接收端进行确认，以确保数据的完整性和正确性。错误检测与处理MAC层具备错误检测机制，能够发现传输过程中的错误，并采取相应措施进行处理，如重发或丢弃错误帧，从而维护数据的一致性。CRC校验CRC（循环冗余校验）是一种广泛使用的校验算法，用于检测数据传输或存储过程中的错误。在CAN协议中，CRC校验被用于验证帧的完整性和正确性，从而确保数据的一致性。使用位填充技术为防止数据在传输过程中发生错误，CAN协议采用了位填充技术。当发送的数据帧中出现连续相同位时，会插入一个相反的位进行填充，以保持数据的同步和一致性。ACK应答机制在CAN通信中，接收节点在成功接收到数据帧后会发送一个ACK应答信号给发送节点。这种应答机制有助于确认数据的成功传输，并在必要时触发重发机制以维护数据一致性。实现数据一致性的技术手段489.11错误检测错误类型位错误01在向总线发送数据时，节点同时监视总线电平。如果发送的电平与监视到的电平不符，则在此位时间内检测到一个位错误。填充错误02在使用位填充方法进行编码的报文中，如果出现连续六个相同的位电平，则检测到一个填充错误。CRC错误03接收节点在接收报文时，会计算CRC校验码并与报文中的CRC字段进行比较。如果不一致，则检测到一个CRC错误。格式错误04如果固定格式的位场（如帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC分隔符、应答场或帧结束）中的位出现不符合规定的情况，则检测到一个格式错误。发送错误计数器节点在发送报文时，每次检测到错误，其发送错误计数器就会增加相应的错误计数值。当发送错误计数器达到或超过128时，节点将进入错误被动状态。01.错误检测机制接收错误计数器节点在接收报文时，每次检测到错误，其接收错误计数器就会增加相应的错误计数值。当接收错误计数器达到或超过128时，节点同样将进入错误被动状态。02.错误被动状态当节点处于错误被动状态时，它将无法正常地与其他节点进行通信。此时，节点只能发送错误标志来指示其已检测到错误，并等待其他正常节点发送的报文。03.错误处理策略故障指示与诊断如果某个节点频繁地检测到错误并发送错误帧，这可能意味着该节点存在故障。此时，可以使用诊断工具来检查该节点的状态并确定故障原因。自动重发机制对于某些类型的错误（如位错误或CRC错误），发送节点可以选择自动重发报文。在重发之前，节点需要等待一段时间以确保总线上的其他节点已经接收到并处理了之前的错误帧。错误帧发送当节点检测到任何类型的错误时，它将立即发送一个错误帧来通知其他节点。错误帧由错误标志和错误分隔符组成，用于指示错误的类型和位置。499.12错误标识错误标识概念在CAN通信中，错误标识是用于指示节点出现错误状态的一种机制，帮助其他节点识别并作出相应处理。错误类型区分根据错误的性质和严重程度，错误标识可分为位错误、填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误等。错误标识定义错误检测每个CAN节点都具备错误检测功能，通过监控总线上的信号与预期值进行比较，从而发现错误。错误标识发送错误限制错误标识处理当节点检测到错误时，会发送错误帧，其中包含错误标识信息，以通知其他节点。为避免单一节点错误导致整个网络瘫痪，CAN协议规定了节点的错误计数和错误状态机制，对错误节点进行限制。错误恢复机制当节点进入错误状态时，会采取一系列措施尝试恢复通信，如自动重发、错误计数清零等。故障排查方法针对不同类型的错误标识，提供了相应的故障排查方法，包括检查物理连接、分析信号质量、更新软件配置等。诊断工具支持专业的CAN诊断工具可以帮助工程师快速定位和解决错误标识相关的问题，提高排查效率。020301错误恢复与故障排查509.13过载标识过载标识是CAN总线中的一种机制，用于指示网络上的节点是否处于过载状态。当节点因为处理接收到的消息而暂时无法接