在物理線路上，由于噪聲干擾、信號衰減等多種原因，數據傳輸過程中常常出現差錯，而物理層只負責透明地傳輸結構的原始比特流，不可能進行任何差錯控制。因此，當需要在一條線路上傳送數據時，除了必須有一條物理線路（鏈路）外，還必須有一些必要的規程來控制這些數據的傳輸。把實現這些規程的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路層（Data Link Layer）。

　　什么是 CAN 總線

　　CAN 是“Controller Area Network”的縮寫，即“控制器局域網”，是一個 ISO 標準的串行通信協議。CAN 總線由德國 BOSCH 公司研發設計，用于應對汽車上日益龐大的電子控制系統的需求，其最大的特點是可拓展性好，可承受大量數據的高速通信，并且高度穩定可到。ISO 組織通過 ISO11898 和 ISO11519 對 CAN 總線進行了標準化，使其早早確立了歐洲汽車總線標準的地位。時至今日，CAN 總線已經獲得業界的高度認可，其應用也從汽車電子領域延伸至工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等領域。

　　CAN 總線網絡拓撲結構

　　CAN 總線的物理連接只需要兩根線，常稱為 CAN_H 和 CAN_L，通過差分信號進行數據的傳輸。CAN 總線有兩種電平，分別為 隱性電平 和 顯性電平，這兩種電平有著類似漏極 I/O 電平信號之間“與”的關系：

　　若隱性電平相遇，則總線表現為隱性電平；

　　若顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平；

　　若隱性電平和顯性電平相遇，則總線表現為顯性電平。

　　一個典型的 CAN 總線網絡拓撲結構如圖1所示，注意兩端的終端電阻是必需的。

　　CAN總線數據鏈路層包括

　　1、通信機制

　　2、數據幀

　　3、錯誤檢測

　　4、幀格式

　　5、位定時與同步

　　CAN總線幀格式

　　數據就是通過這種格式按位發送出去。總線上總共有以下5種不同類型的幀。

　　CAN 總線協議規定了5種幀，分別是數據幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀以及幀間隔，實踐中數據幀的應用最為頻繁。各種幀的用途如表1所示。

　　數據幀用來節點之間收發數據，是使用最多的幀類型；遠程幀用來接收節點向發送節點接收數據；錯誤幀是某節點發現幀錯誤時用來向其他節點通知的幀；過載幀是接收節點用來向發送節點告知自身接收能力的幀；用于將數據幀、遠程幀與前面幀隔離的幀。

　　數據幀根據仲裁段長度不同分為標準幀（2.0A）和擴展幀（2.0B）。

　　幀起始由一個顯性位（低電平）組成，發送節點發送幀起始，其他節點同步于幀起始；

　　幀結束由7個隱形位（高電平）組成。

　　仲裁段

　　CAN總線是如何解決多點競爭的問題？

　　由仲裁段給出答案。

　　CAN總線控制器在發送數據的同時監控總線電平，如果電平不同，則停止發送并做其他處理。如果該位位于仲裁段，則退出總線競爭；如果位于其他段，則產生錯誤事件。

　　幀ID越小，優先級越高。由于數據幀的RTR位為顯性電平，遠程幀為隱性電平，所以幀格式和幀ID相同的情況下，數據幀優先于遠程幀；由于標準幀的IDE位為顯性電平，擴展幀的IDE位為隱形電平，對于前11位ID相同的標準幀和擴展幀，標準幀優先級比擴展幀高。

　　控制段

　　數據段

　　為0-8字節，短幀結構，實時性好，適合汽車和工控領域；

　　共6位，標準幀的控制段由擴展幀標志位IDE、保留位r0和數據長度代碼DLC組成；擴展幀控制段則由IDE、r1、r0和DLC組成。

　　ACK段

　　當接收節點接收到的幀起始到CRC段都沒錯誤時，它將在ACK段發送一個顯性電平，發送節點發送隱性電平，線與結果為顯性電平。

　　遠程幀

　　遠程幀分為6個段，也分為標準幀和擴展幀，且RTR位為1（隱性電平）

　　CAN是可靠性很高的總線，但是它也有五種錯誤。

　　CRC錯誤：發送與接收的CRC值不同發生該錯誤；

　　格式錯誤：幀格式不合法發生該錯誤；

　　應答錯誤：發送節點在ACK階段沒有收到應答信息發生該錯誤；

　　位發送錯誤：發送節點在發送信息時發現總線電平與發送電平不符發生該錯誤；

　　位填充錯誤：通信線纜上違反通信規則時發生該錯誤。

　　當發生這五種錯誤之一時，發送節點或接受節點將發送錯誤幀

　　為防止某些節點自身出錯而一直發送錯誤幀，干擾其他節點通信，CAN協議規定了節點的3種狀態及行為

　　過載幀

　　當某節點沒有做好接收的“準備”時，將發送過載幀，以通知發送節點。

　　幀間隔

　　用來隔離數據幀、遠程幀與他們前面的幀，錯誤幀和過載幀前面不加幀間隔。