CAN總線的局限

車內(nèi)通信有兩個最基本的要求：一是數(shù)據(jù)內(nèi)容正確；二是通信及時，序列一致。對這兩點(diǎn)，CAN總線中均有所設(shè)計，但仍存在著不一致性、不可預(yù)測性、信道出錯堵塞等漏洞。

1)不一致性
CAN總線中有一個著名的Last-But-One-Bit錯誤。CAN總線2.0A在信息認(rèn)證(Message Validation)中規(guī)定：發(fā)送器驗(yàn)錯的范圍可覆蓋到幀結(jié)束，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，以后就按優(yōu)先權(quán)和狀態(tài)的規(guī)定重發(fā)；接收器驗(yàn)錯的范圍覆蓋到幀結(jié)束的前一位。因此，如果由于空間干擾、電源波動等原因，對于幀的倒數(shù)第二位，一部分節(jié)點(diǎn)A認(rèn)為無錯，一部分節(jié)點(diǎn)B認(rèn)為有錯，即出現(xiàn)了所謂的Byzantine錯誤。這時，根據(jù)EOF應(yīng)該是7個隱性位，節(jié)點(diǎn)B認(rèn)為這是一種形式錯誤，所以就會啟動錯誤幀，通知發(fā)送器重發(fā)，同時丟棄收到的幀。而認(rèn)為沒錯的節(jié)點(diǎn)A由于只查到倒數(shù)第二位，因此就會接收此幀。如果在發(fā)送器例行的下一次發(fā)送前B通知的重發(fā)成功，A就會收到重復(fù)幀；如果重發(fā)不成功，B就丟了一幀。在轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)中，4個輪子對命令的不同理解，可能造成性能的下降或其他更嚴(yán)重的后果。

2)不可預(yù)測性
CAN總線將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分為Error Active、Error Passive和Bus Off三種，這三種狀態(tài)在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換。不同狀態(tài)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)送有不同的延遲。最高優(yōu)先權(quán)的信息發(fā)送延遲有幾種可能：當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Error Active時，若總線空閑，則立即發(fā)送；當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Error Active時，如果其它幀正在發(fā)送，則需等正在發(fā)送的報文結(jié)束后，再過3位后發(fā)送；當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Error Passive時，它有一個出錯重發(fā)的要求，若沒有其它幀要發(fā)送，等3位傳送(Intermission)和8位掛起傳送(Suspend Transmission)后重發(fā)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Error Passive時，若總線空閑，出錯后等別的信息發(fā)送完后再發(fā)，等待時間與其它幀的長度有關(guān)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為Bus Off時，需等狀態(tài)恢復(fù)到Error Passive或Error Active再發(fā)。
當(dāng)確認(rèn)某節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)時，還有幾個因素需要考慮：首先，節(jié)點(diǎn)由最高優(yōu)先權(quán)的信息和其他信息共用，因此，其他信息在傳送過程中出現(xiàn)的錯誤也會影響到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)；其次，進(jìn)入Error Passive或 Bus Off狀態(tài)的條件是發(fā)送錯誤計數(shù)器與/或接收錯誤計數(shù)器的值，由于CAN的原子廣播特點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯誤或接收錯誤會開啟一個錯誤幀，從而影響到該節(jié)點(diǎn)的接收錯誤計數(shù)器的值，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。
對于優(yōu)先權(quán)較低的信息來說，發(fā)送時間的離散程度更大。在反饋控制系統(tǒng)中，采樣調(diào)節(jié)周期的大范圍抖動相當(dāng)于信號延遲后的變化，它有可能使系統(tǒng)性能下降或不穩(wěn)定。在與安全相關(guān)的開環(huán)系統(tǒng)中，抖動可能造成動作順序的混亂。

3)信道出錯堵塞
節(jié)點(diǎn)有可能受干擾或其它原因暫時或永久失效，出錯的主機(jī)會命令CAN收發(fā)器不斷發(fā)送消息，即所謂的Babbling Idiot錯誤。由于該信息的格式等均合法，因此CAN沒有相應(yīng)的機(jī)制來處理這種情況。根據(jù)CAN的優(yōu)先權(quán)機(jī)制，比它優(yōu)先權(quán)低的信息就被暫時或永久堵塞。
由于CAN總線存在上述幾種根本的缺陷，因此，在更為嚴(yán)格的控制系統(tǒng)中，它將會造成巨大的風(fēng)險，無法滿足安全、環(huán)保、節(jié)能的要求。
CAN的事件觸發(fā)協(xié)議特點(diǎn)限制了ECU的應(yīng)用、開發(fā)與生產(chǎn)，不僅用過的ECU難于重用，而且還不利于改善和開發(fā)新的ECU。

一個成功的CAN應(yīng)用僅在一定的條件下是有效的，簇內(nèi)所有信息的優(yōu)先權(quán)配置、波特率、通信負(fù)荷(所有信息的出現(xiàn)頻率和長度)都較為固定，任何一個參數(shù)的改變都會使通信的時域分布改變。因此，當(dāng)需要改變車型時，如果添加了新的功能，或是修改了閉環(huán)控制方案，ECU的所有基本功能就必須重新驗(yàn)證，這使工作量大大增加，延遲了新車型的上市時間。同樣，對于提供零部件的廠商，同一ECU在不同汽車廠商的汽車上應(yīng)用時，可能不得不對某些參數(shù)進(jìn)行修改，這需要進(jìn)行重新的驗(yàn)證和認(rèn)證，增加了管理的復(fù)雜性，也增加了成本。
在事件觸發(fā)通信系統(tǒng)中，所有的應(yīng)用都因優(yōu)先權(quán)規(guī)則而深深地耦合在一起。這一特點(diǎn)使得由不同的工作組對個別應(yīng)用同時進(jìn)行設(shè)計、測試和認(rèn)證的工作無法實(shí)現(xiàn)，這一點(diǎn)對期望成為質(zhì)量與技術(shù)進(jìn)步的汽車廠商來說是難以容忍的。

另外，對CAN的各種改進(jìn)都難以實(shí)現(xiàn)向下的兼容性。自CAN總線問世以來，隨著對CAN局限性的認(rèn)識不斷加深，業(yè)界提出了各種改進(jìn)方案，這些方案采用標(biāo)準(zhǔn)的芯片，在底層協(xié)議上添加新的規(guī)定，使其具有分時通信的功能。如TTCAN、FTT_CAN ( Flexibly Time-Triggered CAN)、ServerCAN、TCAN (Timely CAN)、FlexCAN/SafeCAN 等。其中，TTCAN正在成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)ISO11898-4。但是，這些改進(jìn)都要對原有的CAN協(xié)議進(jìn)行修改，例如出錯時不立即重發(fā)，要將事件觸發(fā)的應(yīng)用程序改為時間觸發(fā)的應(yīng)用程序等。這些改動都是新協(xié)議必備而老協(xié)議不具備的，因此，原有的帶CAN通信協(xié)議的ECU如果想要在新系統(tǒng)中應(yīng)用，也就必須進(jìn)行修改。

CAN總線的另一個局限因素是傳送波特率，十多年前確定的1M波特率由于應(yīng)用的飛速增加而變成瓶頸。從低速CAN總線、高速CAN總線，以致將來不得不配置第二條高速CAN總線，雖然這或許可以緩解速率問題，但從全局看，總線數(shù)量的增加使布線、網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)復(fù)雜性都隨之增加。從技術(shù)角度上看，重新設(shè)計CAN收發(fā)器，提高傳送波特率是有一定可能的；但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度上看，無法與現(xiàn)有產(chǎn)品相兼容就使這種局部改進(jìn)失去了意義。