can为什么要填充,闵行颛桥2024总体规划?

发布时间：2025-05-20 08:33

一、CAN总线通信背景

CAN总线是多主从通信总线，其特点是高靠性、实时性和灵活性。汽车电子控制系统中，CAN总线用于实现各个电子设备的数据交换和通信。随着汽车电子设备的日益增多，CAN总线通信的复杂度不断提高。为了注意通信的靠性，CAN总线采用了多种技术手段，其中填充机制便是其中之一。

二、填充机制的重要性

1，避免冲突

CAN总线通信中，若多个节点发送数据，再将冲突。填充机制插入填充位，数据传输中，各个节点可以有序地发送数据，从而避免冲突。

2，提高通信效率

填充机制减少数据帧的空闲时间，提高通信效率。CAN总线通信中，填充位看作是“占位符”，用于填补数据帧的空隙，使得总线利用率高。

3，优化通信质量

填充机制可以方便提高通信质量。填充位，降低信号干扰，减少噪声对通信的，从而提高通信质量。

4，提高总线靠性

填充机制提高CAN总线的靠性。通信中，填充位起到缓冲作用，使得总线遭受干扰时，仍能注意通信的连续性。

三、填充机制的应用

1，数据帧填充

数据帧传输中，填充机制插入填充位，实现数据帧的有序传输。具体操作如下

1，发送节点发送数据帧前，先发送填充位，以总线空闲；

2，发送节点发送数据帧，标识符、数据段和填充位；

3，接收节点接收数据帧，并进行处理。

2，控制帧填充

控制帧传输中，填充机制同样起到关键作用。具体操作如下

1，发送节点发送控制帧前，先发送填充位，以总线空闲；

2，发送节点发送控制帧，标识符、控制码和填充位；

3，接收节点接收控制帧，并进行处理。

3，监视帧填充

监视帧传输中，填充机制同样发挥着重要作用。具体操作如下

1，发送节点发送监视帧前，先发送填充位，以总线空闲；

2，发送节点发送监视帧，标识符、监视码和填充位；

3，接收节点接收监视帧，并进行处理。

四、未来发展趋势

随着汽车电子技术的不断发展，CAN总线通信汽车中的应用再将越来越广泛。未来，填充机制几个有望得到进一步发展

1，优化填充策略，提高通信效率；

2，降低填充位对通信质量的；

3，研究新型填充机制，提高总线靠性。

CAN总线通信中填充机制注意通信的靠性、提高通信效率重要意义。实际应用中，填充机制数据帧、控制帧和监视帧发挥着关键作用。随着汽车电子技术的不断发展，填充机制CAN总线通信中的应用再将越来越广泛，为汽车电子控制系统的稳定运行提供有力保障。

CAN总线位填充的原理是什么

及传感器领域都得到了广泛的应用。目前外文献中针对CAN总线协议的是针对CAN协议的帧结构以或位时序特性进行，如文献鲜有从通信的角度对CAN总线协议进行，鲜有从工程应用的角度出发，对CAN总线的通信机制进行深入的。

1 CAN应用特性及结构构成

CAN总线协议两个国际标准，分别是ISO11898和ISO11519。IS011898是通信速率为125 kbp～1

Mbp的高速CAN通信标准，属于闭环总线，总线长度为40 m／1 Mbp。ISO11519定义了通信速率为10～125

kbp的低速CAN通信标准，属于开环总线，长度为1 km／40

kbp。由于电气特性限制，即总线分布电容和分布电阻对总线波形的，CAN总线上节点数目为110个。应用工程师，只需正确配置收发端的波

特率和位参数即实现收发节点的数据同步。CAN控制器硬件对报文的标示符滤波即实现点对点、一点对多点及全局广播方式传送接收数据。

由于CAN报文采用短帧结构，并且每帧均包含CRC校验部分，注意了数据出错率极低。CAN总线工程应用中结构构成

系统实现中的CAN应用层、操作系统(无操作系统的应用中以后台程序实现)及驱动程序共同实现了ISO参考模型中的应用层功能。CAN应用

层定义ID分组、发送数据装包、接收数据处理以及应用层总线安全监测；操作系统／后台程序用于CAN中断到达后调度CAN驱动程序对数据进行处理；驱动

程序初始化(控制器工作状态设置、波特率设置、验收滤波器配置)、收发驱动及异常处理程序。

传输介质层，环境干扰噪声、总线长度来确定。强干扰噪声的下采用屏蔽线；由于分布电容造成的总线波形失真及分布电阻造

成的总线电平的衰减，总线长度考虑采用的传输介质的分布电阻和分布电容特性；若采用高速总线还需实验确定总线的匹配电阻值。

CAN控制器的实现，选用集成于系统主控芯片的CAN控制器实现，如恩智浦公司出品的LPC2000系列的微控制器，

或者选用分立元件的CAN控制器，如SJA1000。CAN收发器的实现，选用CTM1050、TJA1050。若环境干扰噪声较大，则

需控制器和收发器添加隔离芯片或采用集成了隔离功能的CAN收发器。值得一提的是，恩智浦公司新推出的LPC11C24微控制器芯片中不仅集成了

CAN控制器，集成了CAN收发器功能，CAN总线系统的快速开发提供了良好的支持。实际应用的总线长度及总线上的节点数目，还需考虑

收发器芯片的发送和接收的延迟时间。

CAN驱动层和应用层，驱动程序CAN初始化(硬件使能、波特率设置、控制器工作模式设置及验收滤波器ID表配置)、收／发驱动并

向上层提供接口函数，其中说明的是验收滤波器的ID表配置应用层对系统ID的分组来进行；CAN应用层总线上各节点的数据收发关系进

行数据包的ID分组、发送数据装包、接收数据处理及应用层总线安全监测。常用的CAN总线上层协议有CANOpen、DeviceNet以及

iCAN。

2 CAN总线同步机制

进行通信中，解决的重要的问题之一是如何实现收发端数据的同步，即接收端正确接收和发送端发送的数据。CAN总线协议是

异步串行通信协议，属于基带通信，其同步的实现源于高级数据链路控制协议(HDLC)。具体，CAN总线协议的同步是如下的3个来实

现的。

2．1参数设定

通信双方软件设置相同的波特率、相同的相位调整段长度、相同的同步跳转宽度，3个元素设置，定义了CAN总线传输中的位时间长

度以及采样点位置，位结构如图2所示，图中的CAN时钟即是协议中定义的TQ时间，该时钟是外部时钟或者CPU外设时钟分频后得到的CAN控制器的基

本时钟信号，SS段对应于起始段，总线上的跳变沿应发生此段时间内，TESG1对应于传输段和相位调整段1，TESG2对应于相位调整段2，高速总

线，控制器TESG1和TESG2对总线进行采样判别。

2．2固定的帧结构

CAN协议中知道定义的固定的帧结构，方便CAN控制器和收发器对总线状态进行监测，CAN2．0协议规范中，分为标准帧和扩展帧两种帧结构，两者区别只于仲裁域，标准帧采用11位标识符，而扩展帧有29位标识符，具体的标准帧、扩展帧帧结构

2．3硬同步和再同步

2．3．1硬同步

所谓硬同步是指总线空闲期间(即总线电平表现为连续的隐性位)，控制器一旦检测到从隐性电平到显性电平的跳变，说明总线上有站点开始

发送数据，则强制CAN控制器的位状态计数器同步到图2所示的SS段，位时钟从此开始重新计数(CAN位时间由上层软件设定)。硬同步用于帧的起始判

定。

2．3．2再同步

CAN总线协议中，再同步是基于位填充机制实现的。与HDLC协议类似，CAN的帧结构中，从帧起始到CRC序列位为止，一旦检测到5个连

续相同极性的位，CAN控制器自动插入一个极性相反的位。再同步是数据传输中，CAN控制器检测总线上的跳变沿与节点内部位时间的差异来调整

相位调整段1和相位调整段2，调整大小是由同步跳转宽度编程设定的，调整大小单位为TQ。具体调整规则是，传输中，由CAN控制器检测到的总线上的

跳变沿位于节点内部的SS位时间段内，则不调整；若跳变沿位于TESG1段，说明总线上的位时间相节点的位时间有延迟，则CAN控制器延长节

点的TESG1位时间段，若延迟时间值(T0值)大于同步跳转宽度，延长时间为同步跳转宽度值，否则节点的CAN控制器延长其与总线位时间的差值；若跳变

沿位于TESG2段，说明总线上的位时间相节点的位时间有超前，则CAN控制器减少节点的TESG2位时间段，具体调整规则与TESG1段的调整规则

相似。

3 CAN总线地址机制

不同于工业以太网、RS485总线，CAN总线是数据包ID而非节点地址来收发数据的，即CAN总线上的节点没有固定的地址，取而代之的

是每个节点都软件配置一个ID表(该节点的验收滤波器单元中)，总线上的数据包的ID号该节点的ID表中存，则数据包成功该节点的

验收滤波器单元的验收，并再将被送到上层软件处理单元并进行相应的数据处理，否则，该数据包被丢弃。举例，若总线上的节点A想发送数据包到节点B，则该

数据包的ID号位于节点B的ID表中，同理，若节点A想广播数据包到总线上，则该数据包的ID号位于总线上所有其它节点的ID表中。如前所

述，ID表是软件进行配置的，可验收滤波功能却是CAN控制器中的验收滤波器这个硬件单元进行的，从速度上，验收造成的延迟很小。

采用这种地址机制的优点还于是采用此总线的系统很高的灵活性，即新加入或删除的节点不系统原有节点间的通信。

4 CAN总线仲裁机制

总线仲裁，是指当总线上有多个节点发送数据时总线协议的处理方法。CAN总线采用的是无破坏性的仲裁机制，即若总线上的多个节点发送

数据，高优先级数据包的节点仲裁胜出，继续发送数据，而其它仲裁失败的节点再将退出发送状态而转为接收节点，与其他总线仲裁机制(例如局域网的

CSMA／CD)相比，其不仅不破坏已发送的数据，并且不造成发送数据的延迟，是CAN总线与其他总线相比的优点之一，其是CAN总线所具备

的如下两个特点实现1)CAN总线的线与特性，即当总线上多个节点发送显性和隐形电平时，总线电平表现为显性电平。2)CAN控制器即使发送数据

的也监控总线电平状态，即当仲裁时，当控制器发送隐性电平可检测到总线为显性电平时，节点仲裁失败，转为接收节点。

5 CAN总线鲁棒性

CAN总线的鲁棒性是其对节点和总线数据包安全性的实时检测与监控来实现的，CAN总线采用的差分信号对外界干扰信号有较强的抑制作用。具体论述如下。

5．1实时监控总线波形

CAN控制器不仅上电后一直监测总线上其它节点发送的的数据包，并且自己发送数据包得中也实时监测自己发送的数据，一旦检测到位错

误、填充错误、CRC错误、格式错误或者应答错误，该节点其所处的错误状态(错误激活状态或者错误认状态)发送相应的错误标志，实际上笔者认为

只有错误激活站点发送激活错误标识(即6个连续的显性位后接8个隐性位的错误标识界定符)对总线及总线上的节点产生，而处于错误认状态的节点发送

的错误认标识实际对总线没有任何(发送的6个隐性电平与总线空闲状态是一致的)。

5．2实时监控节点状态判定节点权限

节点总线上数据包的实时改变自身的状态(错误激活、错误认或者总线关闭状态)，处于错误激活的节点正常参与总线通信，错误认的单

元参与总线通信，其启动下一个发送发送8个额外的隐性位。总线上发送的数据包，如表1所示，15位的CRC序列实现了对起始位、仲裁

域、控制域以及数据域(有的话)的监控，接收站点接收到数据后与发送节点相同的算法生成该数据包的CRC序列，并与接收到的CRC序列做比

较，不同则说明有错，接收节点不对该数据包做出应答，发送节点检测到应答错误并重新发送该数据包。CAN总线数据链路层以及物理层

已经实现了较高的总线的数据安全性和总线的稳定性。

6结论

文中以ISO11898协议规范为基础，从通信的角度了CAN总线的节点同步机制、节点地址机制、总线仲裁机制(即总线冲突解决机制)

及总线鲁棒性的实现原理和基础，简要了CAN总线的应用特性以及再将其应用于实际系统中时总线的系统分层结构，对深入理解CAN总线协议和再将CAN

总线应用到具体工程项目中，以及研究或开发特定要求的总线系统指导意义。

CAN总线位填充问题

发送方按照CAN规范要求，添加一个填充位，然后继续发送数据位；

接收方识别出填充位，后面的有效数据位的；

例如发送数据0000 0111，那么总线上的位状态表现为0000 01111（加黑的1是填充位），接收方数据的时候自动识别和去除这个填充位，0000 0111；

CAN规范里规定的总线出现连续5个相同位的时候，后面添加一位相反的位；此条规定填充位也是一样的；

例如发送数据0000 0111 1，那么总线上的位0000 01111 10（加黑的1和0是填充位）。

...counter,具体有什么用为什么要加报文中。

Checkum总和检验码，校验和。数据处理和数据通信领域中，用于校验目的的一组数据项的和。这些数据项是数字或计算检验总和中看作数字的其它字符串。

rolling counter是为了防止漏帧。

CAN数据链路层采用短帧结构，每一帧为8个字节，易于纠错；CAN每帧信息都有CRC校验及其检错措施，有效地降低了数据的错误率；CAN节点错误严重的下，自动关闭功能，使总线上其他节点不受。

扩展资料

CAN总线是多主总线，通信介质是双绞线、同轴电缆或光纤。CAN协议采用通信数据块进行编

码，取代了传统的站地址编码，使网络内的节点数理论上不受限制。由于CAN总线较强的纠错能力、支持差分收发，因而适合高干扰环境，并较远的传输距离。CAN特性如下

、CAN是有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。

第二、CAN协议遵循ISO/OSI参考模型，采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。

第三、CAN多主方式工作，网络上任意一个节点均任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，节点有优先级之分，因而通信方式灵活；CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，节省了总线冲突仲裁时间，重负载下性能良好；CAN点对点、一点对多点(成组)及全局广播方式传送和接收数据。CAN的直接通信距离远达10000m(传输速率为5kb/)；通信速率达1Mb/(传输距离为40m)。

第五、CAN上的节点数达110个。

第六、CAN数据链路层采用短帧结构，每一帧为8个字节，易于纠错；CAN每帧信息都有CRC校验及其他

检错措施，有效地降低了数据的错误率；CAN节点错误严重的下，自动关闭功能，使总线上其他节点不受。

第七、信号调制解调方式采用不归零(NRZ)编码/解码方式，并采用插入填充位技术。

第八、数据位显性“0”(Dominantb)和隐性“1”(Receiveb)两种逻辑值，采用时钟同步技术，硬件自同步和定时时间自动跟踪功能。

参考资料来源百度百科-电动汽车CAN总线

网址：can为什么要填充,闵行颛桥2024总体规划? http://c.mxgxt.com/news/view/1304278

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