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如何保证CAN数据的正确性

时间：2017-07-20 09:22来源：ZLG致远电子

摘要：CANbus总线协议以高稳定性，高容错率而著称于世，然而仍有很多用户在使用的时候担心ＣＡＮ会接受到错误的信息，在数据里增加了CRC校验的部分，这种做法是否有必要，CAN会收到错误的数据吗？

CANbus总线协议以高稳定性，高容错率而著称于世，然而仍有很多用户在使用的时候担心ＣＡＮ会接受到错误的信息，在数据里增加了CRC校验的部分，这种做法是否有必要，CAN 会收到错误的数据吗？
信息的传递，古往今来都是人类无比关注的一个问题。从最原始的肢体语言到高端的电子信号，信息传达的方法五花八门。而对于信息安全的追求也是从古至今未有变过，我国西周时期的《太公兵法》就有过“阴符”“阴书”的设计来保证信息的安全。

图 1让人心忧的信息安全

而在我们的工业生产中，为了保证信号的正确传递的方法更是五花八门。而在信息传递过程中采取ＣＡＮ协议是一种常见的减少出错率的方案。那么，问题来了，ＣＡＮ协议何德何能能让传输的信号不出错呢？这里就让我们来深入分析一番。利用CANScope总线综合分析仪来抓取一帧CAN的报文如下：

图 2CANScope总线综合分析仪抓取的报文

从图中可以看出CAN协议采取了差分信号传输的方式，可以有效杜绝来自外部的屏蔽干扰。而在最后一行的协议解析部分，进过观察我们发现一帧信号被分割成了不同颜色的一段段，每一段究竟是何含义？保证信号正确传输的秘密就隐藏在这些段落里。让我们来庖丁解牛分别为大家分析下。
l 数据头：在数据的开始，是一个１位的数据头，表示数据帧都开始

图 3数据头

l 仲裁段：标志了本帧数据的优先级，其中包含了一个ID码，仲裁段中的ID码值越小，帧数据的优先级就越高，CAN控制器在发送数据的同时会监听电缆上的电平状态，如果发现仲裁位的电平与本节点发出的电平不一致，则退出发送放弃总线使用权。这样的设计可以提高总线的利用率，并且能让重要的信息优先发送。

图 4仲裁段

l 控制段：共六位，用于表示数据长度。在数据的控制段存有保留位以供未来协议规则扩展。

图 5控制段

l 数据段：经过前面的铺垫，数据段所编码的即是本帧数据所需要传达的信息。一帧信号可以传送０～８位数据，每字节８位。短小精悍保证信息的实时性。

图 6数据段

l CRC段：CRC段即是保证数据准确的一个关键所在（敲黑板）。为防止信号由于某种原因被更改，CAN的数据链路层上加入了CRC校验。发送节点会根据发送内容计算得到一个CRC值填入CRC段进行发送，而相应的接收节点也会对接收到的数据进行计算，并将计算出的CRC值和接收到的进行比对。能够对得上暗号的才是自己人，如果对照有误那么就说明传输的信号出现了问题，需要反馈错误消息。这样的机制保证了CAN不会收到错误的信息，其安全性毋庸置疑。

图 7ＣＲＣ段

l ＡＣＫ段：用于表征信号是否被正确接收，接受正常的节点在ＡＣＫ的第一位会发出一个显性位。根据ACK的状态，发送节点就可以了解到数据是否被传输成功。若发送失败，发送节点会根据自身状态来决定是否重传。

图 8ＡＣＫ段

l 帧结束：由7个隐性位组成，表示该帧结束。

图 9帧结束

经过这样一番抽丝剥茧的分析，CAN的报文结构就这样清晰的展现在我们面前。由于CRC 段的存在，CAN出错的概率十分之小。
CRC校验所使用的CRC多项式最多可以检测出5个离散错误，或发现长度在15位以下偶然出现的突发错误。CRC校验对SOF位、仲裁段、控制段和数据段的位序列进行计算，但不考虑填充位。CAN协议中规定的15位校验序列源自于BCH代码，它是一种特别适用于127位以下消息长度的循环代码。CAN协议中所应用的15位多项式如下：

在发送或接收收到数据场的最后一位后，CRC寄存器就会包含待传输或者待接收的CRC序列。将计算出的CRC序列与接收到的CRC序列相除，接收器就可以识别出可能存在的CRC错误。
有些工程师担心CAN 收到错误的信息，在数据中又做了CRC校验的工作，岂不知在数据链路层CAN已经自备了CRC校验的工作，在数据中再加入CRC校验实际上是没有什么必要的。