本文導讀

你瞭解CAN匯流排嗎？你知道匯流排中有哪些錯誤嗎？你想瞭解匯流排中的錯誤是如何校驗以及錯誤之間的關係嗎？下文為大家揭開它神秘的面紗。
 
CAN匯流排是ISO國際標準化的串列通信協定。在汽車產業中，出於對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由於這些系統之間通信所用的資料類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條匯流排構成的情況很多，線束的數量也隨之增加。為適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN，進行大量資料的高速通信”的需要，CAN匯流排應運而生，圖1為CAN匯流排在汽車中的應用圖。
 

 

CAN的高性能和可靠性已被認同，並被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場匯流排是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的電腦局域網。圖2為CAN匯流排網路圖，它的出現為分散式控制系統實現各節點之間即時、可靠的資料通信提供了強而有力的技術支援。
 

 


CAN匯流排作為可靠性非常高的匯流排，出錯概率非常小，這也是它被廣泛應用的原因之一。在CAN匯流排的實際研發中，相較於CAN匯流排的正確幀，工程師更關注CAN匯流排的錯誤幀，下面將為大家展現CANscope波形常見的幾類錯誤，圖3為干擾導致的CAN通訊錯誤。
 

 

圖4為終端電阻並聯過多，差分電平幅值太小導致接收節點識別失敗的錯誤。
 

 

圖5為匯流排支線過長，電平下降沿臺階過高，導致位元寬度失調的錯誤。
 

 

圖6為卡車打開/關閉大燈時，耦合到CAN匯流排上的干擾，導致的錯誤。
 

 

圖7為串列傳輸速率異常（位寬度從2us突然變成1.6us），導致位元錯誤。
 

 

CAN匯流排的錯誤都有哪些形式，相互之間有什麼樣的關係，以及匯流排的檢測與校驗的原理是什麼？

 

CAN匯流排的錯誤幀可分為位元錯誤、位元填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤、應答錯誤五大類，每類錯誤的具體解釋如圖8所示，此圖簡潔明瞭的展現了各種錯誤。

 

 


CAN報文傳輸過程中出現通訊錯誤，會發送錯誤幀，以上所述的錯誤框架類型中根據其錯誤識別字不同，可分為“主動錯誤”和“被動錯誤”。
 

• 主動錯誤：檢測錯誤主動報錯，發出錯誤識別字（連續6個顯性位元）和錯誤界定符（連續8個隱形位）；目的在於“主動”通知錯誤，即使別的節點沒有發現此錯誤；
• 被動錯誤：檢測錯誤，被動等待其他節點報錯後發送錯誤識別字（連續6個隱形位元）和錯誤識別字（連續8個隱形位）；目的在於識別錯誤，回應主動錯誤。

 
匯流排關閉：節點不參與匯流排通訊。
 
為了避免某個設備因為自身原因（例如硬體損壞）導致無法正常收發資料而不斷地破壞資料幀，從而影響其他正常節點通訊，CAN-bus規範中規定每個CAN控制器都有一個發送錯誤計數器和一個接收錯誤計數器。根據計數值不同CAN節點會處於不同的設備狀態，狀態之間的轉換關係如圖9所示。
 

 
 

接收、發送錯誤計數器對應的變動條件及數值變動情況：

• 接收單元檢測出錯誤時，檢測到錯誤識別字或超載標誌的“位元錯誤”除外，此時REC+1、TEC不變；
• 接收單元在發送完錯誤標誌後檢測到第一位為顯性電平，此時REC+8、TEC不變；
• 發送單元輸出錯誤標誌，此時REC不變、TEC+8；
• 發送單元發送主動錯誤標誌或超載標誌，檢測出位元錯誤，REC不變、TEC+8；
• 接收單元發送主動錯誤標誌或超載標誌，檢測出位元錯誤，REC+8、TEC不變；
• 各單元從主動錯誤標誌、超載標誌的開始檢測出連續14個顯性位，之後每檢測出連續8個顯性位，發送時REC+8、接收時TEC+8；
• 檢測出被動錯誤標誌後追加連續8個位的顯性位，發送時REC+8、接收時TEC+8；
• 發送單元正常接收資料結束時（返回ACK且到幀結束位元檢測到錯誤），REC不變、TEC-1；
• 接收單元正常接收資料結束時（到CRC未檢測出錯誤且正常返回ACK），REC<127時，REC-1，REC>127時，REC=127；TEC不變；
• 處於匯流排關閉的單元，檢測到128次連續11個位的隱形位元，錯誤計數器歸零，REC、TEC=0；

 
CAN匯流排錯誤處理功能屬於是鏈路層功能，此功能由CAN控制器決定，圖10為CAN控制介紹圖，其中詳細介紹與錯誤處理有關的部分：位元流處理器、位元邏輯控制、錯誤管理邏輯。

• 位流處理器（BSP）是一個控制發送緩衝器、接收FIFO和CAN匯流排之間資料流程的程式裝置，它還執行匯流排上的錯誤檢測、仲載、匯流排填充和錯誤處理。
• 位元時序邏輯（BTL）監視串列的CAN匯流排和位元時序，它在資訊開頭“弱勢支配”的匯流排傳輸時，同步CAN匯流排位元流（硬同步），接收報文時再次同步下一次傳送（軟同步）。
• 錯誤管理邏輯（EML）負責限制傳輸層模組的錯誤，它接收來自位元流處理器的出錯報告，然後把有關錯誤統計告訴位元流處理器和介面管理邏輯（IML）。

 

 


CAN控制器的信號從CAN收發器的TXD發送到匯流排，同時被RXD收回進行檢測，以此達到即時的接收錯誤檢測、發送錯誤檢測與ID仲裁功能。CAN匯流排是如何保證資料傳輸可靠性的，以下介紹CAN匯流排獨有的檢測機制：位流檢測和CRC校驗。
 

• 位流檢測：即位檢測，如圖11所示節點在發送過程中，同時會監測自身發送的位數值，假如檢測到位與自身送出的位數值不同，則會提示位元錯誤；

 

 
 

• CRC校驗：即迴圈冗餘校驗碼是資料通訊領域中最常用的一種差錯校驗碼，其資訊欄位和校驗欄位的長度可任意選定；CRC校驗過程是通過迴圈計算冗餘校驗碼的方式實現的，CAN控制器內部CRC的實現是基於多項式發生器和一個15位元寄存器；其意義在於保證傳輸資料的正確性，未經CRC校驗檢測出的錯誤低於10負九次方。

 

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