CAN總線(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)（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(shù)據(jù)段、CRC校驗(yàn)、確認(rèn)位、結(jié)束位等，各個(gè)段依次串行被傳輸?shù)娇偩€(xiàn)上。起始位、CRC校驗(yàn)、確認(rèn)位和結(jié)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(shù)據(jù)段的內(nèi)容。每個(gè)CAN幀最多發(fā)送數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)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(biāo)準(zhǔn)幀，CAN2.0B協(xié)議支持幀ID為11位的標(biāo)準(zhǔn)幀和幀ID為29位的擴(kuò)展幀，如圖1和圖2所示。

圖1CAN標(biāo)準(zhǔn)幀

圖2CAN擴(kuò)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(dāng)發(fā)送的一幀CAN信息中出現(xiàn)連續(xù)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(xiàn)5個(gè)相同的位，也會(huì)自動(dòng)把其后的一個(gè)翻轉(zhuǎn)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?yàn)镃AN總線(xiàn)通訊屬于異步通訊，雖然通訊雙方約定設(shè)定相同的波特率通訊，但是每一位（bit）的寬度也不可能絕對(duì)相同，多個(gè)相同的位累積起來(lái)可能出現(xiàn)較大的誤差，造成接收信息出錯(cuò)，那么如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？CAN協(xié)議中規(guī)定在位跳轉(zhuǎn)時(shí)要做同步補(bǔ)償，那么這樣可以消除多個(gè)位累積造成的錯(cuò)誤，但是如果CAN幀信息連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)0或1，接收方?jīng)]辦法監(jiān)測(cè)到翻轉(zhuǎn)位，不能做出正確的補(bǔ)償，可能導(dǎo)致發(fā)送方發(fā)了10位0，接收方監(jiān)測(cè)出11個(gè)0出來(lái)的情況出現(xiàn)，所以當(dāng)發(fā)送方連續(xù)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(yīng)的同步補(bǔ)償，同時(shí)要丟棄這個(gè)填充位。按照CAN協(xié)議規(guī)定如果在CAN信息中接收到連續(xù)6個(gè)以上的相同位被認(rèn)為是錯(cuò)誤信息，CAN控制器錯(cuò)誤計(jì)數(shù)加1。
CAN協(xié)議：如上圖所示，標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)識(shí)符（幀ID）有11位，擴(kuò)展幀標(biāo)識(shí)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(shí)別標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的區(qū)別在于IDE位，IDE為0時(shí)表示標(biāo)準(zhǔn)幀，IDE為1時(shí)表示擴(kuò)展幀。
CAN信號(hào)：CAN總線(xiàn)使用一對(duì)差分信號(hào)通訊，即CAN_H和CAN_L,通過(guò)識(shí)別它們的壓差獲取0或1的信息，上電后兩個(gè)信號(hào)對(duì)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(shí)別信息，總線(xiàn)信號(hào)分為顯性（壓差為1V以上，也即數(shù)字0）和隱性（壓差小于0.5V，也即數(shù)字1）。一般在沒(méi)有數(shù)據(jù)通訊時(shí)V_CANH和V_CANL都為2.5V，所以CAN總線(xiàn)默認(rèn)為沒(méi)有壓差（隱性，數(shù)字1），當(dāng)有起始位SOF（數(shù)字0，顯性）時(shí)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都能監(jiān)測(cè)到，準(zhǔn)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(jī)制：CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息都會(huì)被自己接收并判斷。當(dāng)CAN總線(xiàn)上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送CAN信息時(shí)，CAN節(jié)點(diǎn)也會(huì)比較自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)是否一致，由于CAN信號(hào)有顯性（數(shù)字0，壓差大于1V）和隱性（數(shù)據(jù)1，壓差小于0.5V）兩種，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送0而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送1時(shí)，總線(xiàn)表現(xiàn)為顯性0，那么發(fā)送1的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(jí)高。通過(guò)這種方式可以實(shí)現(xiàn)非破壞性逐位仲裁，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)正常發(fā)送，不受任何影響。