一、CAN 总线基本特性简述

• 总线类型：多主结构（Multi-master），所有节点平等，可以主动发送。
• 通信介质：一条差分双绞线（CAN-H、CAN-L）。
• 电平定义：
  • 显性位（Dominant）：CAN-H > CAN-L，逻辑 0
  • 隐性位（Recessive）：CAN-H < CAN-L，逻辑 1
  • 显性位比隐性位“强”，即显性覆盖隐性

二、仲裁机制详解（Arbitration）

原理：

• 当多个节点几乎同时开始发送时，会发生仲裁过程。
• 仲裁只发生在发送“标识符 ID”这段期间（帧起始 → 标识符结束）。
• ID 越小，优先级越高。仲裁按位进行，当某节点发现总线状态与自己发送的位不一致（它发1，但总线是0），它会立即中止发送，变为监听。

示例：

假设三个节点同时发：

逐位对比（从左到右）：

• 第 1 位：全是 0（显性），继续。
• 第 2 位：B=0，A=1 → A发现输了，退出
• 第 3 位：B=1，C=0 → B=1 ≠ 总线=0，B退出？
  • 不，实际是 C=1，B=0 → C退出
• 最终 B 获胜，继续发送，A/C进入监听。

重点：

• 冲突在仲裁阶段自动解决。
• 所有节点都实时监听总线上的实际电平（不是“我发了什么”，而是“我看到什么”）。

三、冲突机制详解（Collision）

CAN 中没有传统以太网那样的“碰撞（Collision）”

• 仲裁阶段解决冲突
• 不存在两个节点同时完整发帧然后撞上的现象
• 唯一“可能撞车”的情况是：硬件电气层接线错误造成的非协议级错误

四、错帧机制详解（Error Frame）

CAN 协议定义了五种错误类型。当节点发现错误时，主动发一个错误帧来打断当前通信，通知其他节点“重来一次”。

错误帧结构：

• 主体为 6～12 个显性位（0）
• 表示有严重错误，通知所有节点当前帧无效

错误类型：

示例：

• 节点 A 发帧，节点 B 检测到 CRC 错误
• 节点 B 立即发送“错误帧” → 主动插入 6 个显性位
• 所有节点检测到错误帧 → 当前帧作废
• 节点 A 稍后会自动重发（硬件层重发）

五、监听机制详解（Listening）

普通监听：

• 所有非发送节点默认都是监听状态
• 监听期间实时接收并判断是否是“感兴趣的帧”
• 如果匹配 ID，就触发接收回调（或设置标志位）

静默监听模式（Silent Mode）：

• 某些测试设备（如监听器）可以配置为只接收不发送
• 用于协议分析、总线监听等用途

六、综合例子说明仲裁 + 错误帧 + 监听过程

假设你有 3 个 USB-CAN 设备连接：

• CAN1：发送 ID 0x300，数据 [11 22 33 44]
• CAN2：发送 ID 0x100，数据 [AA BB CC DD]
• CAN3：设置为只监听 ID 0x100

过程：

1. CAN1 和 CAN2 同时发送 → 仲裁阶段发生
2. ID 比较 → 0x100 < 0x300，CAN2 获胜
3. CAN1 停止发送，进入监听状态
4. CAN3 检测到 ID = 0x100，符合接收条件，保存数据 [AA BB CC DD]
5. CAN2 的帧被 CAN3 正确接收
6. 如果 CAN3 检测到 CRC 错误（比如线缆干扰），它立即发送错误帧（6 个显性位）
7. 所有节点放弃该帧
8. CAN2 稍后自动重发
9. CAN3 成功接收新帧并应答 ACK

总结表格