CAN總線(xiàn)通信原理分析

4 CAN總線(xiàn)仲裁機制分析

總線(xiàn)仲裁，是指當總線(xiàn)上有多個(gè)節點(diǎn)在同時(shí)發(fā)送數據時(shí)總線(xiàn)協(xié)議的處理方法。CAN總線(xiàn)采用的是無(wú)破壞性的仲裁機制，即若總線(xiàn)上的多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數據，具有高優(yōu)先級數據包的節點(diǎn)仲裁勝出，可以繼續發(fā)送數據，而其它仲裁失敗的節點(diǎn)將退出發(fā)送狀態(tài)而轉為接收節點(diǎn)，與其他總線(xiàn)仲裁機制(例如局域網(wǎng)的CSMA／CD)相比，其不僅不會(huì )破壞已發(fā)送的數據，并且不會(huì )造成發(fā)送數據的延遲，是CAN總線(xiàn)與其他總線(xiàn)相比的優(yōu)點(diǎn)之一，其主要是通過(guò)CAN總線(xiàn)所具備的如下兩個(gè)特點(diǎn)實(shí)現：1)CAN總線(xiàn)的線(xiàn)與特性，即當總線(xiàn)上多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送顯性和隱形電平時(shí)，總線(xiàn)電平表現為顯性電平。2)CAN控制器即使在發(fā)送數據的同時(shí)也在監控總線(xiàn)電平狀態(tài)，即當在仲裁時(shí)，當控制器發(fā)送隱性電平但檢測到總線(xiàn)為顯性電平時(shí)，節點(diǎn)仲裁失敗，轉為接收節點(diǎn)。

5 CAN總線(xiàn)魯棒性分析

CAN總線(xiàn)的魯棒性是通過(guò)其對節點(diǎn)和總線(xiàn)數據包安全性的實(shí)時(shí)檢測與監控來(lái)實(shí)現的，另外，CAN總線(xiàn)通過(guò)采用的差分信號對外界干擾信號有較強的抑制作用。具體論述如下。

5．1 實(shí)時(shí)監控總線(xiàn)波形

CAN控制器不僅在上電后會(huì )一直監測總線(xiàn)上其它節點(diǎn)發(fā)送的的數據包，并且在自己發(fā)送數據包得過(guò)程中也在實(shí)時(shí)監測自己發(fā)送的數據，一旦檢測到位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤或者應答錯誤，該節點(diǎn)就會(huì )根據其所處的錯誤狀態(tài)(錯誤激活狀態(tài)或者錯誤認可狀態(tài))發(fā)送相應的錯誤標志，實(shí)際上筆者認為只有錯誤激活站點(diǎn)發(fā)送激活錯誤標識(即6個(gè)連續的顯性位后接8個(gè)隱性位的錯誤標識界定符)會(huì )對總線(xiàn)及總線(xiàn)上的節點(diǎn)產(chǎn)生影響，而處于錯誤認可狀態(tài)的節點(diǎn)發(fā)送的錯誤認可標識實(shí)際對總線(xiàn)沒(méi)有任何影響(發(fā)送的6個(gè)隱性電平與總線(xiàn)空閑狀態(tài)是一致的)。

5．2 實(shí)時(shí)監控節點(diǎn)狀態(tài)判定節點(diǎn)權限

節點(diǎn)會(huì )根據總線(xiàn)上數據包的情況實(shí)時(shí)改變自身的狀態(tài)(錯誤激活、錯誤認可或者總線(xiàn)關(guān)閉狀態(tài))，處于錯誤激活的節點(diǎn)正常參與總線(xiàn)通信，錯誤認可的單元參與總線(xiàn)通信，但是在其啟動(dòng)下一個(gè)發(fā)送之前需要發(fā)送8個(gè)額外的隱性位。對于總線(xiàn)上發(fā)送的數據包，如表1所示，15位的CRC序列實(shí)現了對起始位、仲裁域、控制域以及數據域(如果有的話(huà))的監控，接收站點(diǎn)在接收到數據后會(huì )根據與發(fā)送節點(diǎn)相同的算法生成該數據包的CRC序列，并與接收到的CRC序列做比較，如果不同則說(shuō)明有錯，接收節點(diǎn)不會(huì )對該數據包做出應答，發(fā)送節點(diǎn)就會(huì )檢測到應答錯誤并重新發(fā)送該數據包?？傊?，CAN總線(xiàn)通過(guò)數據鏈路層以及物理層就已經(jīng)實(shí)現了較高的總線(xiàn)的數據安全性和總線(xiàn)的穩定性。

6 結論

文中以ISO11898協(xié)議規范為基礎，從通信的角度詳細分析了CAN總線(xiàn)的節點(diǎn)同步機制、節點(diǎn)地址機制、總線(xiàn)仲裁機制(即總線(xiàn)沖突解決機制)及總線(xiàn)魯棒性的實(shí)現原理和基礎，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了CAN總線(xiàn)的應用特性以及將其應用于實(shí)際系統中時(shí)總線(xiàn)的系統分層結構，對深入理解CAN總線(xiàn)協(xié)議和將CAN總線(xiàn)應用到具體工程項目中，以及研究或開(kāi)發(fā)特定要求的總線(xiàn)系統具有指導意義。