CAN總線中節(jié)點(diǎn)ID相同會怎樣?
CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中原則上不允許兩個節(jié)點(diǎn)具有相同的ID段,但如果兩個節(jié)點(diǎn)ID段相同會怎樣呢?
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201709/363785.htm實(shí)驗(yàn)前,我們首先要對CAN報文的結(jié)構(gòu)組成、仲裁原理有清晰的認(rèn)識。
一、CAN報文結(jié)構(gòu)
目前使用最廣泛的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是V2.0版本,該標(biāo)準(zhǔn)又分為A、B兩部分,它們主要的區(qū)別在仲裁區(qū)域的ID碼長度。其中CAN2.0A(標(biāo)準(zhǔn)幀)為11位ID,CAN2.0B(擴(kuò)展幀)為29位ID。下表1為CAN報文結(jié)構(gòu):
表1 CAN報文結(jié)構(gòu)
二、仲裁原理
CAN總線的仲裁是基于“線與原理”,如圖1所示。當(dāng)個收發(fā)器同時發(fā)出不同電平信號時,隱性電平總是被顯性電平覆蓋。CAN控制器在發(fā)送報文的同時會監(jiān)聽總線狀態(tài)與自己發(fā)送的電平是否一致,如果不一致發(fā)生在ID段則會發(fā)生仲裁,如果發(fā)生在其他區(qū)域則會觸發(fā)相應(yīng)錯誤。
圖1 線“與”示意圖
下面進(jìn)入重點(diǎn),如果兩個節(jié)點(diǎn)ID段相同會怎樣?我們用兩個CAN卡 和一臺CANScope開始實(shí)驗(yàn),CAN卡模擬CAN標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)收發(fā)報文,CANScope做通信監(jiān)控,如圖2所示。(注:CAN卡為USB轉(zhuǎn)CAN工具,CANScope為CAN總線分析儀,產(chǎn)品詳見ZLG致遠(yuǎn)電子官網(wǎng))
圖2 實(shí)驗(yàn)平臺搭建
三、實(shí)驗(yàn)一“ID段相同但數(shù)據(jù)不同”
使用一個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為01020304050607H的CAN幀,使用另一個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為02020304050607H的CAN幀。CANScope監(jiān)聽的數(shù)據(jù)如圖3所示,可以觀察到有大量的數(shù)據(jù)場填充錯誤。
圖3 數(shù)據(jù)場填充錯誤
為什么會這樣呢?我們首先分別獲取兩個CAN卡發(fā)送報文對應(yīng)的波形,如圖4。因?yàn)閮舍槇笪耐瑸闃?biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀,且每幀包含8個字節(jié)數(shù)據(jù),所以兩幀報文對應(yīng)的波形在ID段、RTR、IDE、R0以及DLC段完全一致。因此,仲裁作用失效,兩節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為自己獲得了優(yōu)先權(quán),繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖4 報文對應(yīng)波形對比
現(xiàn)在我們聚焦數(shù)據(jù)段,第一個字節(jié)數(shù)據(jù)相同,均為為00H;第二個字節(jié)數(shù)據(jù)不同,分別為01H、02H。圖5箭頭標(biāo)示處可以看到兩者對應(yīng)位的邏輯分別為0和1。前面我們提到CAN節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報文的同時會檢測總線電平是否與自己發(fā)送的電平一致,若不一致發(fā)生在非仲裁區(qū)域則觸發(fā)相應(yīng)錯誤,因此若這兩幀報文同時發(fā)送到總線上必將發(fā)生位發(fā)送錯誤。因?yàn)槲话l(fā)送錯誤會引起節(jié)點(diǎn)發(fā)送違反填充規(guī)則的6個顯性位(主動錯誤破壞該幀數(shù)據(jù)),故出現(xiàn)數(shù)據(jù)場填充錯誤,如圖3。
圖5 數(shù)據(jù)場沖突
四、實(shí)驗(yàn)二“ID相同數(shù)據(jù)也相同”
同時使用兩個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為01020304050607H的CAN幀,CANScope做通信監(jiān)控。首先,我們不勾選“總線應(yīng)答”選項,使CANScope工作在僅監(jiān)聽模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示,出現(xiàn)的是應(yīng)答定界符格式錯誤。
圖6 應(yīng)答界定符格式錯誤
為什么會發(fā)生這種錯誤呢?發(fā)送報文的節(jié)點(diǎn)會在ACK段發(fā)送兩個隱性位,若在第一個位期間接收到顯性電平則認(rèn)為該幀被正確接收。由于仲裁段相同時兩節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為自己取得仲裁權(quán),在ACK段等待應(yīng)答,但該網(wǎng)絡(luò)中僅存在兩個節(jié)點(diǎn),因此在ACK段不能收到應(yīng)答,進(jìn)而發(fā)生應(yīng)答定界符錯誤。簡單說來這種情形就類似于總線中只有一個節(jié)點(diǎn)將不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送。圖7是在ACK段有無應(yīng)答時的波形對比。
圖7 ACK應(yīng)答
我們勾選上總線應(yīng)答,再次開始實(shí)驗(yàn)(此時總線中相當(dāng)于有3個節(jié)點(diǎn))。這時如圖8所示,總線數(shù)據(jù)收發(fā)正常。
圖8 啟動總線應(yīng)答
總結(jié):當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送ID相同數(shù)據(jù)不同的報文時,將發(fā)生數(shù)據(jù)場填充錯誤;當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)同時發(fā)送ID相同數(shù)據(jù)也相同的報文時,若有其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)答則不發(fā)生錯誤,若無其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)答則發(fā)生應(yīng)答錯誤。因此,我們在設(shè)計CAN總線時應(yīng)避免ID段相同的情況出現(xiàn)。
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