CAN總線(xiàn)技術(shù)學(xué)習（二）

CAN總線(xiàn)信息以幀的形式傳輸，每個(gè)幀包括多個(gè)段：起始位SOF、仲裁段、控制段、數據段、CRC校驗、確認位、結束位等，各個(gè)段依次串行被傳輸到總線(xiàn)上。起始位、CRC校驗、確認位和結束位由控制器硬件自動(dòng)生成，軟件可以配置仲裁段、控制段和數據段的內容。每個(gè)CAN幀最多發(fā)送數據段長(cháng)度為8個(gè)字節即64位。
CAN總線(xiàn)協(xié)議有兩種：CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，CAN2.0A支持幀ID為11位的標準幀，CAN2.0B協(xié)議支持幀ID為11位的標準幀和幀ID為29位的擴展幀，如圖1和圖2所示。

圖1CAN標準幀

圖2CAN擴展幀
下面解釋幾個(gè)CAN總線(xiàn)問(wèn)題：
位填充：上述圖中都提到位填充的問(wèn)題，即當發(fā)送的一幀CAN信息中出現連續5個(gè)相同位時(shí)，控制器會(huì )自動(dòng)填充一個(gè)相反的位進(jìn)去，控制器接收一幀CAN信息時(shí)發(fā)現5個(gè)相同的位，也會(huì )自動(dòng)把其后的一個(gè)翻轉位去掉。那么可能我們會(huì )問(wèn)為什么要做這種看似無(wú)用的操作呢？因為CAN總線(xiàn)通訊屬于異步通訊，雖然通訊雙方約定設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(gè)相同的位累積起來(lái)可能出現較大的誤差，造成接收信息出錯，那么如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？CAN協(xié)議中規定在位跳轉時(shí)要做同步補償，那么這樣可以消除多個(gè)位累積造成的錯誤，但是如果CAN幀信息連續出現多個(gè)0或1，接收方?jīng)]辦法監測到翻轉位，不能做出正確的補償，可能導致發(fā)送方發(fā)了10位0，接收方監測出11個(gè)0出來(lái)的情況出現，所以當發(fā)送方連續發(fā)送5個(gè)0時(shí)，要位填充一個(gè)1進(jìn)去，然后再發(fā)送下面的位，而接收方接收到5個(gè)0后接收到下面的1可以做出相應的同步補償，同時(shí)要丟棄這個(gè)填充位。按照CAN協(xié)議規定如果在CAN信息中接收到連續6個(gè)以上的相同位被認為是錯誤信息，CAN控制器錯誤計數加1。
CAN協(xié)議：如上圖所示，標準幀標識符（幀ID）有11位，擴展幀標識符（幀ID）有29位，CAN2.0B協(xié)議也兼容CAN2.0A協(xié)議，可以同時(shí)識別標準幀和擴展幀。標準幀和擴展幀的區別在于IDE位，IDE為0時(shí)表示標準幀，IDE為1時(shí)表示擴展幀。
CAN信號：CAN總線(xiàn)使用一對差分信號通訊，即CAN_H和CAN_L,通過(guò)識別它們的壓差獲取0或1的信息，上電后兩個(gè)信號對地都會(huì )有一定的電壓，即V_CANH和V_CANL，通過(guò)判斷V_CANH-V_CANL識別信息，總線(xiàn)信號分為顯性（壓差為1V以上，也即數字0）和隱性（壓差小于0.5V，也即數字1）。一般在沒(méi)有數據通訊時(shí)V_CANH和V_CANL都為2.5V，所以CAN總線(xiàn)默認為沒(méi)有壓差（隱性，數字1），當有起始位SOF（數字0，顯性）時(shí)每個(gè)網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)都能監測到，準備接收信息，如圖3所示。

圖3CAN總線(xiàn)電壓示意圖
逐位仲裁機制：CAN節點(diǎn)發(fā)送的信息都會(huì )被自己接收并判斷。當CAN總線(xiàn)上兩個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送CAN信息時(shí)，CAN節點(diǎn)也會(huì )比較自己發(fā)送的數據和接收的數據是否一致，由于CAN信號有顯性（數字0，壓差大于1V）和隱性（數據1，壓差小于0.5V）兩種，當一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送0而另一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送1時(shí)，總線(xiàn)表現為顯性0，那么發(fā)送1的節點(diǎn)監測到后知道發(fā)送總線(xiàn)沖突，自動(dòng)退出發(fā)送，所以可以看出，CAN總線(xiàn)信息小的優(yōu)先級高。通過(guò)這種方式可以實(shí)現非破壞性逐位仲裁，優(yōu)先級高的節點(diǎn)正常發(fā)送，不受任何影響。