CAN帧校验码：确保总线通信可靠的核心

控制器局域网（CAN）总线广泛应用于汽车、工业自动化等领域，其通信环境常面临电磁干扰、信号衰减等挑战。在这些恶劣条件下，确保数据在节点间准确无误地传输至关重要。CAN协议通过其严谨的帧结构来实现这一目标，而校验码（CRC）正是这套错误检测机制的核心，它如同一位忠诚的哨兵，守护着总线通信的完整性。

CAN帧结构概览

一个标准CAN数据帧由多个字段顺序构成，共同协作完成一次通信。理解这些字段是认识校验码作用的基础。

• 帧起始（SOF）： 标志一个数据帧的开始。
• 仲裁场： 包含标识符和远程发送请求位。
• 控制场： 包含数据长度代码。
• 数据场： 实际传输的数据，长度为0-8字节。
• CRC场： 包含15位的CRC序列和1位的CRC界定符。
• 应答场（ACK）： 用于接收节点确认。
• 帧结束（EOF）： 标志帧的终止。

CRC场紧跟在数据场之后，专门用于校验从帧起始到数据场结束的所有位。

CRC校验码的工作原理

循环冗余校验（CRC）是一种根据数据计算出的简短校验和。发送节点会依据特定的多项式对帧的关键部分进行运算，生成一个15位的CRC序列，并将其附加到帧中一同发送。接收节点在收到帧后，会使用相同的多项式对数据进行相同的计算。

其核心流程可以概括为：

• 发送端计算： 在发送前，对SOF、仲裁场、控制场和数据场进行CRC计算。
• 附加校验码： 将计算结果作为CRC字段插入帧中。
• 接收端验证： 接收节点对收到的相同字段进行独立计算。
• 结果比对： 将计算结果与收到的CRC序列进行比较。如果两者一致，则认为数据传输正确；反之，则判定为传输错误。

CRC的强大检错能力

CAN总线使用的15位CRC码拥有卓越的错误检测能力，这使其能够应对总线上的多种干扰情况。

其主要检错特性包括：

• 能够检测所有的奇数个位错误。
• 能够检测所有长度小于等于15位的突发错误。
• 在随机错误分布下，未检测到错误的概率极低。

这种强大的检错能力确保了在绝大多数干扰情况下，错误数据不会被错误地接受，从而保障了系统的安全。

错误帧与自动重传机制

当任何一个节点（包括非目标接收节点）通过CRC校验或其他方式检测到错误时，它会在总线上主动发送一个“错误帧”。这是一个由6个显性位和8个隐性位组成的特定序列，它会破坏当前帧的格式，强制所有节点丢弃当前帧。

发送节点在监听到错误帧或自身未收到有效的ACK应答后，会自动启动重传流程，直到数据被成功发送或达到一定的错误计数上限。这套“检测-标识-重传”的机制，构成了CAN总线高可靠性的闭环。

CAN FD中的CRC升级

随着CAN FD（灵活数据速率）协议的推出，其对数据传输速率和长度的要求更高，因此也对CRC校验码进行了相应的增强。

CAN FD根据数据长度动态选择17位或21位的CRC多项式，极大地提升了长数据帧在高速传输下的可靠性。

不可或缺的通信卫士

CAN帧校验码远非一个简单的附加字段，它是整个CAN总线错误管理体系的基石。通过高效的CRC算法、及时的错误帧发送和自动重传机制，它确保了在复杂电磁环境中数据的完整性与一致性。正是这种对可靠性的极致追求，使得CAN总线在安全苛求的领域，如汽车制动系统、发动机控制等，始终占据着不可替代的地位。