CAN協(xié)議的錯幀漏檢率推導及改進(jìn)過(guò)程簡(jiǎn)介

　　3 改善錯幀漏檢率的方法

　　在本文的分析中可以見(jiàn)到，由于填充位規則需要收發(fā)同步執行，不同步時(shí)會(huì )極大干擾CRC校驗，例如CRC校驗本來(lái)可以將所有奇數個(gè)錯檢測出的，小于5位的多 bit錯是可以檢測出的，但只要有了成對的填充位錯位，增加的奇數個(gè)錯也可以是漏檢的，增加的多bit錯也可以是漏檢的，如圖4所示。

　　圖4 有多位錯的例子

　　漏檢錯的根源是CAN的CRC在執行填充位規則前生成，最根本的解決辦法是像參考文獻［3］指出的那樣，要把CRC校驗放在執行填充位規則之后。但是這樣作就會(huì )根本修改CAN協(xié)議，在已經(jīng)大量應用的情況下如何作到的改進(jìn)前后的兼容性是個(gè)艱難的課題。作為局部的改正，參考文獻建議加附加的檢驗。在數據域添加一個(gè)新的不同的CRC檢驗時(shí)，根據本文的分析方法，當誤差多項式Ec是這個(gè)新CRC和CAN的CRC的公倍數時(shí)，仍然可以構造出漏檢的實(shí)例，并計算出新條件下的漏檢錯幀概率。例如采用8位的DARC?8生成多項式x8+x5+x4+x3+1，它不含x+1因子，所以與CAN生成多項式的最小公倍數構成的漏錯多項式Ec將有24階，此時(shí)如2.5節所分析的那樣，總幀數將增大28倍，而漏檢幀數不變，漏檢率就減少28。但是這種方法的缺點(diǎn)是不能實(shí)現自動(dòng)報錯，無(wú)法使節點(diǎn)間取得數據的一致性：有局部錯的節點(diǎn)在添加上述措施后在收完幀后才能發(fā)現錯，已無(wú)法要其他節點(diǎn)也丟棄該幀并要求自動(dòng)重發(fā)。

　　本文建議采用7b/8b的編碼辦法，犧牲一些帶寬，換取錯幀漏檢的避免。具體做法是在8b代碼中選取不會(huì )發(fā)生填充位條件的部分，供原來(lái)7b編碼使用。

　　其他的編碼辦法也是可行的，類(lèi)似7b/8b的還有6b/7b、5b/6b、4b/5b，它們的區別是軟件實(shí)現時(shí)的復雜程度以及開(kāi)銷(xiāo)占用數據域的多少，當用7b/8b時(shí)CAN可以每幀送7字節數據，而用4b/5b時(shí)每幀只能送6字節數據。

　　在附加數據域的軟件補丁后，若發(fā)生在ID域和CRC域的填充位規則只有單邊執行情況時(shí)，夾在它們中間的控制域就會(huì )左移或右移，幀長(cháng)就會(huì )變大或變小。幀長(cháng)的單位是1字節，它會(huì )使CRC域移入EOF域，CRC最多連續5位相同，就破壞了EOF的格式，或者EOF域移入CRC域，EOF的連續8位破壞了CRC的填充格式，所以此時(shí)單邊執行填充位規則的錯的后果是能被發(fā)現的。也就是說(shuō)加軟件補丁后不再有錯幀漏檢可能。

　　如果可疑Tx只發(fā)生在ID域，由于Tx有一個(gè)最短長(cháng)度，相應于Ec，t= x3+x+1，這個(gè)長(cháng)度是3+15+6=24位，所以對CAN2.0B的29位ID可能會(huì )出錯，那么產(chǎn)生的后果就是接收節點(diǎn)收到的ID有錯，這是一種假冒錯（Masquerade）。在參考文獻中提到了CAN防止假冒錯的方法，實(shí)際上將ID分為二部分，一部分是一個(gè)附加的CRC，只要這個(gè)CRC生成多項式與CAN的不同，就不會(huì )產(chǎn)生假冒ID通過(guò)接收濾的可能。

　　4 小結

　　CAN的錯幀漏檢率對應用的可靠性有非常大的影響，本文發(fā)現了可能出錯漏檢的可疑幀重構的方法，從而求出的錯幀漏檢率高于Bosch提供的數據幾個(gè)數量級。對于已經(jīng)在應用的大量可靠性要求高的系統，迫且需要應對的方案，2007年CAN芯片1年的出貨量為6億，可見(jiàn)影響之廣。本文提出了對數據添加 7b/8b編碼/譯碼的中間軟件補丁的方法。這種方法在犧牲部分帶寬，增加一些個(gè)復雜性的付出后，根本上解決了填充規則對CRC檢驗的干擾，使CAN的錯幀漏檢率回到與一般通信協(xié)議中CRC檢驗同等的水平。數據域犧牲的帶寬為8 bit，相對可能出現16 bit填充位而言，這算不了什么，而且減少了送達時(shí)間的抖動(dòng)，可說(shuō)是有好處的。不利之處是編碼/譯碼需要的時(shí)間與空間。

　　這個(gè)方法也可以在將來(lái)加入到芯片中去，利用CAN的保留位，識別有無(wú)7b/8b編碼/譯碼功能，從而實(shí)現與原有CAN2.0的兼容。有7b/8b編碼/譯碼功能時(shí)，需要的7b/8b編碼/譯碼、字長(cháng)圓整以及幀長(cháng)修正均可由硬件自動(dòng)完成。