can如何接收数据

控制器局域网（Controller Area Network，简称CAN）是一种广泛应用于汽车电子与工业控制领域的现场总线技术。其核心功能在于实现微控制器与设备间的可靠通信。本文将深入剖析CAN总线接收数据的完整机制，涵盖从总线空闲检测、报文帧结构解析、标识符过滤、数据场提取，到错误处理与硬件缓冲区管理的全流程。通过结合权威技术规范与实用场景，为您清晰呈现这一关键通信过程的内在逻辑与实现细节。

       在现代工业自动化与汽车电子系统中，控制器局域网（Controller Area Network，简称CAN）总线扮演着至关重要的角色。它如同一个高效、可靠的神经系统，将各个独立的电子控制单元（Electronic Control Unit，简称ECU）连接在一起，实现数据的实时交换。我们常常关注数据如何被发送到总线上，但数据抵达目标节点后，是如何被准确识别、接收并处理的呢？这个过程远比简单的“监听”复杂得多，涉及一系列严谨的硬件协同与软件逻辑。本文将深入CAN总线的内部，为您逐步拆解其接收数据的完整机制。

       

一、 理解通信基础：CAN总线的核心特质

       在深入接收流程之前，有必要重温CAN总线的几个核心特质，它们是理解接收机制的前提。首先，CAN采用多主架构，任何节点都可以在总线空闲时主动发起通信，这要求每个节点必须具备实时监听总线状态的能力。其次，它使用非破坏性的位仲裁机制，基于报文标识符的优先级解决总线访问冲突，这意味着在仲裁阶段，所有节点都在同时“收听”并比较标识符。最后，CAN协议通过循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，简称CRC）、应答场和多种错误帧来确保数据的极高可靠性，接收节点需要全程参与这个校验与应答过程。

       

二、 硬件前沿：收发器与控制器分工

       数据的接收始于物理层。典型的CAN节点硬件由CAN收发器和CAN控制器构成。收发器负责将总线上的差分电平（CAN_H和CAN_L）转换为控制器能理解的逻辑电平。当总线呈现“显性”电平（逻辑0）时，代表正在传输数据或仲裁胜出；而“隐性”电平（逻辑1）则代表总线空闲或节点输出1。控制器是大脑，它按照CAN协议规范，解析比特流，完成包括接收在内的所有核心通信功能。部分现代微控制器将CAN控制器集成在其内部。

       

三、 静默的守望：总线空闲检测

       接收流程的起点是总线空闲检测。控制器持续监控来自收发器的信号。当检测到连续11个位的隐性电平（即总线空闲）后，紧接着出现一个显性电平（帧起始），控制器便判定一个新的数据帧传输开始了。这个帧起始信号如同起跑的发令枪，唤醒所有节点的接收逻辑，准备读取后续的比特流。

       

四、 身份识别码：仲裁场与标识符

       紧随帧起始之后的是仲裁场，这是接收过程中第一个关键决策点。仲裁场包含报文标识符和远程传输请求位。对于标准帧，标识符为11位；对于扩展帧，则为29位。这个标识符不仅是报文优先级仲裁的依据，更是报文内容的唯一性标签。在接收时，控制器会逐位接收标识符，并将其与自身预先设置好的“感兴趣”的标识符列表进行比对。这个过程是后续过滤操作的前奏。

       

五、 精准筛选：验收过滤器的作用

       验收过滤器是CAN控制器的核心功能模块，其作用是在硬件层面实现报文的快速筛选，极大地减轻中央处理器的中断负载。过滤器可以配置为单模式或双模式，并设置相应的标识符寄存器和掩码寄存器。掩码寄存器决定了标识符中哪些位需要严格匹配，哪些位可以忽略。只有通过过滤器的报文，才会被存入接收缓冲区，并可能产生接收中断通知处理器。否则，该报文在硬件层面即被丢弃，处理器全然不知。

       

六、 控制信息解析：控制场

       通过初步标识符筛选后，控制器继续接收控制场。控制场包含数据长度代码，明确指示紧随其后的数据场包含多少个字节的数据（0至8个字节）。接收控制器会据此知晓需要接收多少数据位，为正确解析数据场做好准备。同时，控制场中的保留位也被接收并检查，用于未来的协议扩展。

       

七、 核心信息获取：数据场接收

       数据场承载着实际的应用信息。控制器按照数据长度代码指示的字节数，逐位接收数据，并将其临时存储在移位寄存器或硬件缓冲区中。数据场以字节为单位，从最高有效位开始发送和接收。这是整个报文中最具应用价值的部分，其内容完全由发送节点的应用程序定义。

       

八、 确保数据完整：循环冗余校验场

       为了保证数据传输的完整性，在数据场之后发送方会附加一个15位的循环冗余校验序列以及一个隐性的循环冗余校验界定符。接收控制器会使用与发送方相同的多项式，对接收到的帧起始、仲裁场、控制场、数据场进行实时计算，并将计算结果与接收到的循环冗余校验序列进行比对。如果两者不一致，接收控制器将检测到一个循环冗余校验错误。

       

九、 接收确认：应答场

       应答场由两位组成：应答间隙和应答界定符。在应答间隙时段，所有成功接收到有效报文（即通过循环冗余校验且格式正确）的接收节点，无论该报文是否通过自身的验收过滤器，都会发送一个“显性”位来覆盖发送节点发出的“隐性”位，以此向发送节点确认“我已收到”。这是一个体现CAN广播特性与全局错误确认的重要环节。发送节点只有在检测到这个显性位后，才认为传输成功。

       

十、 报文结束与间隔：帧结尾与帧间空间

       应答场之后是7个连续的隐性位，构成帧结尾，标志该数据帧或远程帧的正式结束。帧结尾之后是帧间空间，它由至少3个位的间歇场和可能的总线空闲时段组成。帧间空间将连续的帧分隔开，只有在检测到帧间空间后，控制器才认为总线恢复空闲，可以准备接收或发送新的帧。

       

十一、 错误的哨兵：全程错误检测

       上述所有接收步骤都伴随着严格的错误检测。控制器在接收每一位时都会进行位填充检查，在固定格式场检查位格式，以及如前所述的循环冗余校验。一旦检测到任何错误，接收控制器会立即发送一个错误标志（主动错误标志为6个连续显性位，被动错误标志为6个连续隐性位），从而中断当前帧的传输，并通知总线上所有节点。每个控制器内部都有发送错误计数器和接收错误计数器，根据错误情况增减，并据此改变节点的错误状态。

       

十二、 数据的暂存地：接收缓冲区与先进先出队列

       成功通过验收过滤器且无误的报文，其关键信息（如标识符、数据长度代码、数据场内容）会被控制器存入一个硬件接收缓冲区或先进先出队列中。高级控制器通常提供多个接收缓冲区或邮箱，可以配置不同的过滤规则。当报文存入后，控制器会更新相应的状态寄存器，并通常可配置为产生接收中断，通知主处理器来读取和处理数据。

       

十三、 软件层的响应：中断服务与数据处理

       当主处理器接收到CAN接收中断后，会跳转至中断服务程序。在该程序中，软件首先读取控制器的状态寄存器，确定是哪个缓冲区收到了新报文，然后从对应的缓冲区寄存器中读取标识符、数据长度和实际数据字节。最后，软件需要清除接收中断标志，并可能释放缓冲区，为接收下一帧报文做好准备。读取的数据将被传递给上层应用程序进行解释和使用。

       

十四、 高级特性：远程帧请求的处理

       除了数据帧，CAN还有远程帧。远程帧没有数据场，其作用是请求另一个节点发送具有相同标识符的数据帧。当节点接收到一个远程帧，并且该帧通过其验收过滤器时，如果该节点被配置为对应标识符数据的提供者，其应用程序应当触发一次相应标识符的数据帧发送，以响应此次请求。接收处理远程帧的硬件流程与数据帧类似，只是在解析控制场后便进入循环冗余校验场。

       

十五、 波特率同步：再同步机制保障接收时序

       为了补偿不同节点时钟源产生的微小相位误差，确保在长距离传输中能准确采样每一位，CAN控制器在接收过程中会执行再同步机制。每当在帧内检测到从隐性到显性的边沿（帧起始和仲裁场、控制场等位置的数据边沿），控制器会调整其内部位时间的分段比例，使本地时钟与总线时钟保持同步，这是实现可靠接收的重要物理层保障。

       

十六、 网络管理考量：选择性唤醒与低功耗

       在汽车某些网络分支中，为节省静态电流，节点可以进入睡眠模式。此时，CAN控制器可能被配置为仅对特定的唤醒模式（如特定的显性脉冲序列）或通过其验收过滤器的报文产生响应。一旦检测到有效的唤醒信号或匹配的报文，控制器将唤醒节点主处理器，恢复正常通信。这体现了接收功能与系统电源管理的紧密结合。

       

十七、 实践中的调试：接收错误与问题排查

       在实际开发中，接收不到数据是常见问题。排查步骤应系统化：首先使用CAN分析仪确认总线上确有报文发出且波形正常；其次检查节点波特率设置是否与总线一致；然后仔细核对验收过滤器的标识符与掩码设置，这是最常见的“拦路虎”；接着确认接收中断是否使能，以及中断服务程序是否正确读取并清除了标志；最后检查硬件连接，包括终端电阻是否匹配。

       

十八、 总结：一个精密协作的系统工程

       综上所述，控制器局域网接收数据绝非被动监听，而是一个由硬件和软件精密配合的主动过程。它从物理电平检测开始，历经帧起始识别、标识符仲裁与过滤、数据提取、多重错误校验、接收确认，最终将有效数据安全递交给应用层。每一个环节都体现了控制器局域网设计中对可靠性、实时性和效率的极致追求。理解这一完整链条，不仅有助于开发者进行高效的通信调试与程序设计，更能让我们深刻体会到这一经典总线技术历经数十年而不衰的精妙所在。掌握其接收机制，是驾驭控制器局域网通信，构建稳定可靠嵌入式网络系统的基石。