CAN總線(xiàn)系統在現代汽車(chē)中的應用
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CAN實(shí)現總線(xiàn)分配的方法,可保證當不同的站申請總線(xiàn)存取時(shí),明確地進(jìn)行總線(xiàn)分配。這種位仲裁的方法可以解決當兩個(gè)站同時(shí)發(fā)送數據時(shí)產(chǎn)生的碰撞問(wèn)題。不同于Ethernet網(wǎng)絡(luò )的消息仲裁,CAN的非破壞性解決總線(xiàn)存取沖突的方法,確保在不傳送有用消息時(shí)總線(xiàn)不被占用。甚至當總線(xiàn)在重負載情況下,以消息內容為優(yōu)先的總線(xiàn)存取也被證明是一種有效的系統。雖然總線(xiàn)的傳輸能力不足,所有未解決的傳輸請求都按重要性順序來(lái)處理。在CSMA/CD這樣的網(wǎng)絡(luò )中,如Ethernet,系統往往由于過(guò)載而崩潰,而這種情況在CAN中不會(huì )發(fā)生。
六、CAN的報文格式
在總線(xiàn)中傳送的報文,每幀由7部分組成,見(jiàn)圖3。CAN協(xié)議支持兩種報文格式,其唯一的不同是標識符(ID)長(cháng)度不同,標準格式為11位,擴展格式為29位。 @@TB17125002.GIF;
在標準格式中,報文的起始位稱(chēng)為幀起始(SOF),然后是由11位標識符和遠程發(fā)送請求位 (RTR)組成的仲裁場(chǎng)。RTR位標明是數據幀還是請求幀,在請求幀中沒(méi)有數據字節。
控制場(chǎng)包括標識符擴展位(IDE),指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個(gè)保留位 (ro),為將來(lái)擴展使用。它的最后四個(gè)字節用來(lái)指明數據場(chǎng)中數據的長(cháng)度(DLC)。數據場(chǎng)范圍為0～8個(gè)字節,其后有一個(gè)檢測數據錯誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。
應答場(chǎng)(ACK)包括應答位和應答分隔符。
報文的尾部由幀結束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,如果這時(shí)沒(méi)有站進(jìn)行總線(xiàn)存取,總線(xiàn)將處于空閑狀態(tài)
七、數據錯誤檢測
不同于其它總線(xiàn),CAN協(xié)議不能使用應答信息。事實(shí)上,它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法,其中前三種為基于報文內容檢查。
1.循環(huán)冗余檢查(CRC)
在一幀報文中加入冗余檢查位可保證報文正確。接收站通過(guò)CRC可判斷報文是否有錯。
2.幀檢查
這種方法通過(guò)位場(chǎng)檢查幀的格式和大小來(lái)確定報文的正確性,用于檢查格式上的錯誤。
3.應答錯誤
如前所述,被接收到的幀由接收站通過(guò)明確的應答來(lái)確認。如果發(fā)送站未收到應答,那么表明接收站發(fā)現幀中有錯誤,也就是說(shuō),ACK場(chǎng)已損壞或網(wǎng)絡(luò )中的報文無(wú)站接收。CAN協(xié)議也可通過(guò)位檢查的方法探測錯誤。
4.總線(xiàn)檢測
有時(shí),CAN中的一個(gè)節點(diǎn)可監測自己發(fā)出的信號。因此,發(fā)送報文的站可以觀(guān)測總線(xiàn)電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。
5.位填充
一幀報文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率。然而,如果在一幀報文中有太多相同電平的位,就有可能失去同步。為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個(gè)生。在五個(gè)連續相等位后,發(fā)送站自動(dòng)插入一個(gè)與之互補的補碼位;接收時(shí),這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如,五個(gè)連續的低電平位后,CAN自動(dòng)插入一個(gè)高電平位。CAN通過(guò)這種編碼規則檢查錯誤,如果在一幀報文中有6個(gè)相同位,CAN就知道發(fā)生了錯誤。
如果至少有一個(gè)站通過(guò)以上方法探測到 一個(gè)或多個(gè)錯誤,它將發(fā)送出錯標志終止當前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯誤的報文,并保證網(wǎng)絡(luò )上報文的一致性。當大量發(fā)送數據被終止后,發(fā)送站會(huì )自動(dòng)地重新發(fā)送數據。作為規則,在探測到錯誤后23個(gè)位周期內重新開(kāi)始發(fā)送。在特殊場(chǎng)合,系統的恢復時(shí)間為31個(gè)位周期。
但這種方法存在一個(gè)問(wèn)題,即一個(gè)發(fā)生錯誤的站將導致所有數據被終止,其中也包括正確的數據。因此,如果不采取自監測措施,總線(xiàn)系統應采用模塊化設計。為此,CAN協(xié)議提供一種將偶然錯誤從永久錯誤和局部站失敗中區別出來(lái)的辦法。這種方法可以通過(guò)對出錯站統計評估來(lái)確定一個(gè)站本身的錯誤并進(jìn)入一種不會(huì )對其它站產(chǎn)生不良影響的運行方法來(lái)實(shí)現,即站可以通過(guò)關(guān)閉自己來(lái)阻止正常數據因被錯誤地當成不正確的數據而被終止。
八、CAN的可靠性
為防止汽車(chē)在使用壽命期內由于數據交換錯誤而對司機造成危險,汽車(chē)的安全系統要求數據傳輸具有較高的安全性。如果數據傳輸的可靠性足夠高,或者殘留下來(lái)的數據錯誤足夠低的話(huà),這一目標不難實(shí)現。從總線(xiàn)系統數據的角度看,可靠性可以理解為,對傳輸過(guò)程產(chǎn)生的數據錯誤的識別能力。
殘余數據錯誤的概率可以通過(guò)對數據傳輸可靠性的統計測量獲得。它描述了傳送數據被破壞和這種破壞不能被探測出來(lái)的概率。殘余數據錯誤概率必須非常小,使其在系統整個(gè)壽命周期內,按平均統計時(shí)幾乎檢測不到。計算殘余錯誤概率要求能夠對數據錯誤進(jìn)行分類(lèi) ,并且數據傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯誤概率,我們可將殘留錯誤的概率作為具有80～90位的報文傳送時(shí)位錯誤概率的函數,并假定這個(gè)系統中有5～10個(gè)站,并且錯誤率為1/1000,那么最大位錯誤概率為10-13數量級。例如,CAN網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸率最大為1Mbps,如果數據傳輸能力僅使用50%,那么對于一個(gè)工作壽命4000小時(shí)、平均報文長(cháng)度為 80位的系統,所傳送的數據總量為9×1010。在系統運行壽命期內,不可檢測的傳輸錯誤的統計平均小于10-2量級。換句話(huà)說(shuō),一個(gè)系統按每年365天,每天工作8小時(shí),每秒錯誤率為0. 7計算,那么按統計平均,每1000年才會(huì )發(fā)生一個(gè)不可檢測的錯誤。
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