CAN總線的仲裁

當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時呈隱性電平，此時任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送顯性電平作為幀的開始。如果2個或2個以上同時發(fā)送就會產(chǎn)生競爭。CAN總線解決競爭的方法同以太網(wǎng)的CSMA／CD（Carrier Sense Multiple Access with Collislon Detection）方法基本相似，如圖1所示。此外，CAN總線做了改進(jìn)并采用CSMA／CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）訪問總線，按位對標(biāo)識符進(jìn)行仲裁。各節(jié)點(diǎn)在向總線發(fā)送電平的同時，也對總線上的電平讀取，并與自身發(fā)送的電平進(jìn)行比較，如果電平相同繼續(xù)發(fā)送下一位，不同則停止發(fā)送退出總線競爭。剩余的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)上述過程，直到總線上只剩下1個節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電平，總線競爭結(jié)束，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)獲得總線的控制權(quán)。

圖1 Ethernet采用的CSMA／ CD總線訪問過程 　　

CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，報文的優(yōu)先級結(jié)合在44位標(biāo)識符中（擴(kuò)展幀的標(biāo)識符29位），具有最小二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識符的節(jié)點(diǎn)具有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時確定就不能隨意地更改，總線讀取產(chǎn)生的沖突主要靠這些位仲裁解決。之所以CAN總線不采用以太網(wǎng)使用的延時避免沖突，主要是為了保證具有更高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)能夠完整地實(shí)時傳輸，而且CSMA／CA可以有效地避免沖突。

如圖2所示，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的標(biāo)識符的第lO、9、8位電平相同，因此兩個節(jié)點(diǎn)偵聽到的信息和它們發(fā)出的信息相同。第7位節(jié)點(diǎn)B發(fā)出一個“1”，但從節(jié)點(diǎn)上接收到的消息卻是“0”，說明有更高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)占用總線發(fā)送消息。節(jié)點(diǎn)B會退出發(fā)送處于單純監(jiān)聽方式而不發(fā)送數(shù)據(jù)；節(jié)點(diǎn)A成功發(fā)送仲裁位從而獲得總線的控制權(quán)，繼而發(fā)送全部消息?？偩€中的信號持續(xù)跟蹤最后獲得總線控制權(quán)發(fā)出的報文，本例中節(jié)點(diǎn)A的報文將被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪個節(jié)點(diǎn)被傳送前，報文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸了，因此具有高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸沒有任何延時。在獲得總線控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，其他節(jié)點(diǎn)成為報文的接收節(jié)點(diǎn)，并且不會在總線再次空閑之前發(fā)送報文。

　　圖2 CAN總線節(jié)點(diǎn)訪問總線過程 　　

圖3為CAN總線上節(jié)點(diǎn)的電平邏輯，總線上的節(jié)點(diǎn)電平對于總線電平而言是相與的關(guān)系，只有當(dāng)3個節(jié)點(diǎn)的電壓都等于1（隱性電平），總線才會保持在ycc（隱性電平）狀態(tài)。只要有1個節(jié)點(diǎn)切換到0狀態(tài)（顯性電平），總線就會被強(qiáng)制在顯性狀態(tài)（0）。這種避免總線沖突的仲裁方式能夠使具有高優(yōu)先級的消息沒有延時地占用總線傳輸。

　　圖3 CAN總線上節(jié)點(diǎn)的電平邏輯