CAN總線(xiàn)中節點(diǎn)ID相同會(huì )怎樣？

　　CAN-bus網(wǎng)絡(luò )中原則上不允許兩個(gè)節點(diǎn)具有相同的ID段，但如果兩個(gè)節點(diǎn)ID段相同會(huì )怎樣呢?

　　實(shí)驗前，我們首先要對CAN報文的結構組成、仲裁原理有清晰的認識。

　　一、CAN報文結構

　　目前使用最廣泛的CAN-bus網(wǎng)絡(luò )標準是V2.0版本，該標準又分為A、B兩部分，它們主要的區別在仲裁區域的ID碼長(cháng)度。其中CAN2.0A(標準幀)為11位ID，CAN2.0B(擴展幀)為29位ID。下表1為CAN報文結構：

　　表1 CAN報文結構

　　二、仲裁原理

　　CAN總線(xiàn)的仲裁是基于“線(xiàn)與原理”，如圖1所示。當個(gè)收發(fā)器同時(shí)發(fā)出不同電平信號時(shí)，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(shí)會(huì )監聽(tīng)總線(xiàn)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(huì )發(fā)生仲裁，如果發(fā)生在其他區域則會(huì )觸發(fā)相應錯誤。

　　圖1 線(xiàn)“與”示意圖

　　下面進(jìn)入重點(diǎn)，如果兩個(gè)節點(diǎn)ID段相同會(huì )怎樣?我們用兩個(gè)CAN卡 和一臺CANScope開(kāi)始實(shí)驗，CAN卡模擬CAN標準節點(diǎn)收發(fā)報文，CANScope做通信監控，如圖2所示。(注：CAN卡為USB轉CAN工具，CANScope為CAN總線(xiàn)分析儀，產(chǎn)品詳見(jiàn)ZLG致遠電子官網(wǎng))

　　圖2 實(shí)驗平臺搭建

　　三、實(shí)驗一“ID段相同但數據不同”

　　使用一個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數據為01020304050607H的CAN幀，使用另一個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數據為02020304050607H的CAN幀。CANScope監聽(tīng)的數據如圖3所示，可以觀(guān)察到有大量的數據場(chǎng)填充錯誤。

　　圖3 數據場(chǎng)填充錯誤

　　為什么會(huì )這樣呢?我們首先分別獲取兩個(gè)CAN卡發(fā)送報文對應的波形，如圖4。因為兩針報文同為標準數據幀，且每幀包含8個(gè)字節數據，所以?xún)蓭瑘笪膶牟ㄐ卧贗D段、RTR、IDE、R0以及DLC段完全一致。因此，仲裁作用失效，兩節點(diǎn)都認為自己獲得了優(yōu)先權，繼續發(fā)送數據。

　　圖4 報文對應波形對比

　　現在我們聚焦數據段，第一個(gè)字節數據相同，均為為00H;第二個(gè)字節數據不同，分別為01H、02H。圖5箭頭標示處可以看到兩者對應位的邏輯分別為0和1。前面我們提到CAN節點(diǎn)在發(fā)送報文的同時(shí)會(huì )檢測總線(xiàn)電平是否與自己發(fā)送的電平一致，若不一致發(fā)生在非仲裁區域則觸發(fā)相應錯誤，因此若這兩幀報文同時(shí)發(fā)送到總線(xiàn)上必將發(fā)生位發(fā)送錯誤。因為位發(fā)送錯誤會(huì )引起節點(diǎn)發(fā)送違反填充規則的6個(gè)顯性位(主動(dòng)錯誤破壞該幀數據)，故出現數據場(chǎng)填充錯誤，如圖3。

　　圖5 數據場(chǎng)沖突

　　四、實(shí)驗二“ID相同數據也相同”

　　同時(shí)使用兩個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數據為01020304050607H的CAN幀，CANScope做通信監控。首先，我們不勾選“總線(xiàn)應答”選項，使CANScope工作在僅監聽(tīng)模式。實(shí)驗結果如圖6所示，出現的是應答定界符格式錯誤。

　　圖6 應答界定符格式錯誤

　　為什么會(huì )發(fā)生這種錯誤呢?發(fā)送報文的節點(diǎn)會(huì )在A(yíng)CK段發(fā)送兩個(gè)隱性位，若在第一個(gè)位期間接收到顯性電平則認為該幀被正確接收。由于仲裁段相同時(shí)兩節點(diǎn)都認為自己取得仲裁權，在A(yíng)CK段等待應答，但該網(wǎng)絡(luò )中僅存在兩個(gè)節點(diǎn)，因此在A(yíng)CK段不能收到應答，進(jìn)而發(fā)生應答定界符錯誤。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)這種情形就類(lèi)似于總線(xiàn)中只有一個(gè)節點(diǎn)將不能實(shí)現數據發(fā)送。圖7是在A(yíng)CK段有無(wú)應答時(shí)的波形對比。

　　圖7 ACK應答

　　我們勾選上總線(xiàn)應答，再次開(kāi)始實(shí)驗(此時(shí)總線(xiàn)中相當于有3個(gè)節點(diǎn))。這時(shí)如圖8所示，總線(xiàn)數據收發(fā)正常。

　　圖8 啟動(dòng)總線(xiàn)應答

　　總結：當兩節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送ID相同數據不同的報文時(shí)，將發(fā)生數據場(chǎng)填充錯誤;當兩節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送ID相同數據也相同的報文時(shí)，若有其他節點(diǎn)應答則不發(fā)生錯誤，若無(wú)其他節點(diǎn)應答則發(fā)生應答錯誤。因此，我們在設計CAN總線(xiàn)時(shí)應避免ID段相同的情況出現。