CAN總線技術(shù)學(xué)習(xí)（二）

CAN總線信息以幀的形式傳輸，每個幀包括多個段：起始位SOF、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、CRC校驗、確認(rèn)位、結(jié)束位等，各個段依次串行被傳輸?shù)娇偩€上。起始位、CRC校驗、確認(rèn)位和結(jié)束位由控制器硬件自動生成，軟件可以配置仲裁段、控制段和數(shù)據(jù)段的內(nèi)容。每個CAN幀最多發(fā)送數(shù)據(jù)段長度為8個字節(jié)即64位。
CAN總線協(xié)議有兩種：CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，CAN2.0A支持幀ID為11位的標(biāo)準(zhǔn)幀，CAN2.0B協(xié)議支持幀ID為11位的標(biāo)準(zhǔn)幀和幀ID為29位的擴(kuò)展幀，如圖1和圖2所示。

圖1CAN標(biāo)準(zhǔn)幀

圖2CAN擴(kuò)展幀
下面解釋幾個CAN總線問題：
位填充：上述圖中都提到位填充的問題，即當(dāng)發(fā)送的一幀CAN信息中出現(xiàn)連續(xù)5個相同位時，控制器會自動填充一個相反的位進(jìn)去，控制器接收一幀CAN信息時發(fā)現(xiàn)5個相同的位，也會自動把其后的一個翻轉(zhuǎn)位去掉。那么可能我們會問為什么要做這種看似無用的操作呢？因為CAN總線通訊屬于異步通訊，雖然通訊雙方約定設(shè)定相同的波特率通訊，但是每一位（bit）的寬度也不可能絕對相同，多個相同的位累積起來可能出現(xiàn)較大的誤差，造成接收信息出錯，那么如何解決這個問題呢？CAN協(xié)議中規(guī)定在位跳轉(zhuǎn)時要做同步補(bǔ)償，那么這樣可以消除多個位累積造成的錯誤，但是如果CAN幀信息連續(xù)出現(xiàn)多個0或1，接收方?jīng)]辦法監(jiān)測到翻轉(zhuǎn)位，不能做出正確的補(bǔ)償，可能導(dǎo)致發(fā)送方發(fā)了10位0，接收方監(jiān)測出11個0出來的情況出現(xiàn)，所以當(dāng)發(fā)送方連續(xù)發(fā)送5個0時，要位填充一個1進(jìn)去，然后再發(fā)送下面的位，而接收方接收到5個0后接收到下面的1可以做出相應(yīng)的同步補(bǔ)償，同時要丟棄這個填充位。按照CAN協(xié)議規(guī)定如果在CAN信息中接收到連續(xù)6個以上的相同位被認(rèn)為是錯誤信息，CAN控制器錯誤計數(shù)加1。
CAN協(xié)議：如上圖所示，標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識符（幀ID）有11位，擴(kuò)展幀標(biāo)識符（幀ID）有29位，CAN2.0B協(xié)議也兼容CAN2.0A協(xié)議，可以同時識別標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的區(qū)別在于IDE位，IDE為0時表示標(biāo)準(zhǔn)幀，IDE為1時表示擴(kuò)展幀。
CAN信號：CAN總線使用一對差分信號通訊，即CAN_H和CAN_L,通過識別它們的壓差獲取0或1的信息，上電后兩個信號對地都會有一定的電壓，即V_CANH和V_CANL，通過判斷V_CANH-V_CANL識別信息，總線信號分為顯性（壓差為1V以上，也即數(shù)字0）和隱性（壓差小于0.5V，也即數(shù)字1）。一般在沒有數(shù)據(jù)通訊時V_CANH和V_CANL都為2.5V，所以CAN總線默認(rèn)為沒有壓差（隱性，數(shù)字1），當(dāng)有起始位SOF（數(shù)字0，顯性）時每個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點都能監(jiān)測到，準(zhǔn)備接收信息，如圖3所示。

圖3CAN總線電壓示意圖
逐位仲裁機(jī)制：CAN節(jié)點發(fā)送的信息都會被自己接收并判斷。當(dāng)CAN總線上兩個節(jié)點同時發(fā)送CAN信息時，CAN節(jié)點也會比較自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)是否一致，由于CAN信號有顯性（數(shù)字0，壓差大于1V）和隱性（數(shù)據(jù)1，壓差小于0.5V）兩種，當(dāng)一個節(jié)點發(fā)送0而另一個節(jié)點發(fā)送1時，總線表現(xiàn)為顯性0，那么發(fā)送1的節(jié)點監(jiān)測到后知道發(fā)送總線沖突，自動退出發(fā)送，所以可以看出，CAN總線信息小的優(yōu)先級高。通過這種方式可以實現(xiàn)非破壞性逐位仲裁，優(yōu)先級高的節(jié)點正常發(fā)送，不受任何影響。