CAN總線的仲裁

當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)呈隱性電平，此時(shí)任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送顯性電平作為幀的開始。如果2個(gè)或2個(gè)以上同時(shí)發(fā)送就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。CAN總線解決競(jìng)爭(zhēng)的方法同以太網(wǎng)的CSMA／CD（Carrier Sense Multiple Access with Collislon Detection）方法基本相似，如圖1所示。此外，CAN總線做了改進(jìn)并采用CSMA／CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）訪問(wèn)總線，按位對(duì)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行仲裁。各節(jié)點(diǎn)在向總線發(fā)送電平的同時(shí)，也對(duì)總線上的電平讀取，并與自身發(fā)送的電平進(jìn)行比較，如果電平相同繼續(xù)發(fā)送下一位，不同則停止發(fā)送退出總線競(jìng)爭(zhēng)。剩余的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)上述過(guò)程，直到總線上只剩下1個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的電平，總線競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)獲得總線的控制權(quán)。

圖1 Ethernet采用的CSMA／ CD總線訪問(wèn)過(guò)程 　　

CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，報(bào)文的優(yōu)先級(jí)結(jié)合在44位標(biāo)識(shí)符中（擴(kuò)展幀的標(biāo)識(shí)符29位），具有最小二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)符的節(jié)點(diǎn)具有最高的優(yōu)先級(jí)。這種優(yōu)先級(jí)一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)確定就不能隨意地更改，總線讀取產(chǎn)生的沖突主要靠這些位仲裁解決。之所以CAN總線不采用以太網(wǎng)使用的延時(shí)避免沖突，主要是為了保證具有更高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)能夠完整地實(shí)時(shí)傳輸，而且CSMA／CA可以有效地避免沖突。

如圖2所示，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的標(biāo)識(shí)符的第lO、9、8位電平相同，因此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)偵聽到的信息和它們發(fā)出的信息相同。第7位節(jié)點(diǎn)B發(fā)出一個(gè)“1”，但從節(jié)點(diǎn)上接收到的消息卻是“0”，說(shuō)明有更高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)占用總線發(fā)送消息。節(jié)點(diǎn)B會(huì)退出發(fā)送處于單純監(jiān)聽方式而不發(fā)送數(shù)據(jù)；節(jié)點(diǎn)A成功發(fā)送仲裁位從而獲得總線的控制權(quán)，繼而發(fā)送全部消息?？偩€中的信號(hào)持續(xù)跟蹤最后獲得總線控制權(quán)發(fā)出的報(bào)文，本例中節(jié)點(diǎn)A的報(bào)文將被跟蹤。這種非破壞性位仲裁方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在網(wǎng)絡(luò)最終確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被傳送前，報(bào)文的起始部分已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸了，因此具有高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸沒(méi)有任何延時(shí)。在獲得總線控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，其他節(jié)點(diǎn)成為報(bào)文的接收節(jié)點(diǎn)，并且不會(huì)在總線再次空閑之前發(fā)送報(bào)文。

　　圖2 CAN總線節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)總線過(guò)程 　　

圖3為CAN總線上節(jié)點(diǎn)的電平邏輯，總線上的節(jié)點(diǎn)電平對(duì)于總線電平而言是相與的關(guān)系，只有當(dāng)3個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓都等于1（隱性電平），總線才會(huì)保持在ycc（隱性電平）狀態(tài)。只要有1個(gè)節(jié)點(diǎn)切換到0狀態(tài)（顯性電平），總線就會(huì)被強(qiáng)制在顯性狀態(tài)（0）。這種避免總線沖突的仲裁方式能夠使具有高優(yōu)先級(jí)的消息沒(méi)有延時(shí)地占用總線傳輸。

　　圖3 CAN總線上節(jié)點(diǎn)的電平邏輯