CAN协议栈（二） 之对ISO11898-1的理解

ISO11898主要定义了物理层和数据链路层，对比标准OSI通信模型，物理层和数据链路层属于最底层的两个层级。在详细讲ISO11898-1之前先来了解一下汽车CAN通信网络中常用的几个协议都处于OSI模型的什么位置。

图1 OSI模型

物理层定义了比特流的一些性质及电气特性，不在本文讨论范围内故跳过。

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数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层（Data Link Layer）的作用主要是将物理层的数据比特流封装成帧，并控制帧在物理信道上的传输，还包含检错、调节传送速率等功能。

在ISO11898-1中，将数据链路层（Data Link Layer）分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）和媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）。

逻辑链路控制（LLC）：数据链路层（Data Link Layer）的上层部分，DLL服务通过LLC为网络层提供统一接口。

媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）：定义了数据帧如何在介质上进行传输，我们知道CAN属于广播式的总线，MAC就分配了帧在信道上的使用权。

图2 数据链路层（DLL）示意图

每一层都有都有各自定义的PDU（Protocol Data Uint），同层级之间的通信通过交换PDU来实现，两个上下层级通过SDU（Service Data Uint）来进行交互。

图3 层级间交互示意图

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CAN的特点

1.基于多主优先级的总线访问

总线空闲时，任何节点都可以发送数据。当有多个节点同时发送时，就要根据ID值按位进行仲裁（ID值越小优先级越高），优先级高的获得总线访问权。

2.非破坏性仲裁机制

3.广播型

节点通过本地过滤接收自己所需的数据，不需要的就过滤掉。

4.配置灵活

可随意增减节点，不影响软硬件。节点数量理论上无限制，实际受电气负载限制。

5.系统范围内数据一致性

6.错误检测

7.自动重传仲裁或错误期间被破坏的数据

8.区分临时错误和永久性故障节点，自动关闭有缺陷节点

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MAC子层

• 数据的打包/拆包
• 帧编码（填充/去填充）
• 错误检测及通知
• 串并行转换

MAC层有3种服务：

1. 数据帧传输
2. 远程帧传输
3. 过载帧传输

MAC层帧结构：

1.数据帧

数据帧将数据从发送器传输到接收器。

标准格式：

图4 数据帧标准格式

扩展格式：

图5 数据帧扩展格式

（1）帧起始

帧起始（SOF）标志数据帧和远程帧的起始，仅有一个显性位组成（0）。

（2）仲裁域

标准格式中，仲裁域由11位标识符和RTR位组成；扩展格式中，仲裁域由29位标识符和SRR位、IDE位、RTR位组成。

标识符（Identifier）：在扩展帧中，有11位基本ID和18位扩展ID。

RTR位（Remote Transmission Request Bit）：0表示数据帧，1表示远程帧。

SRR位（Subtitue Remote Request Bit）：SRR位为0，当标准帧与扩展帧发生冲突，而扩展帧的的基本ID与标准帧的ID相同时，标准帧优先于扩展帧。

IDE位（Identifier Extension Bit）：扩展格式里为隐性（1）。

（3）控制域

IDE位与r0组成保留位。

DLC有4位，表示数据长度，0 ~ 8 个字节。

（4）数据域

0 ~ 8 个字节的数据。

（5）循环冗余码（CRC）域

CRC序列里存计算出的CRC校验值。

CRC界定符包含1个隐性位（1）。

（6）应答场（ACK）

应答间隙：在发送器隐性位写一个显性位（0）表示收到匹配到正确CRC。

应答界定符：1位隐性位（1）。

（7）帧结束

帧结束（EOF）由7个隐性位（1）组成。

2.远程帧

节点发出远程帧，请求具有相同ID的数据帧。

远程帧也分标准格式和扩展格式，RTR位为1表示远程帧，相比数据帧少了数据域。

标准格式：

图6 远程帧标准格式

扩展格式：

图7 远程帧扩展格式

3.错误帧

任何节点检测到总线错误就发出错误帧。

4.过载帧

过载帧用在相邻数据帧或者远程帧之间提供附加的延时。

5.帧间隔

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LLC子层

• 本地过滤
• 过载通知
• 错误恢复管理

LLC层有2种服务：

1. 数据帧传输
2. 远程帧传输

LLC层帧结构：

1.数据帧

图8 数据帧结构

2.远程帧

图9 远程帧结构

MAC层对帧优先级进行了仲裁发送给LLC层，LLC层这时候只需把帧继续向网络层传输，所以帧的结构也发生了变化。

以上均是笔者自己的理解，如有错误欢迎指正。