當前位置：首頁 > 公眾號精選 > ZLG致遠電子

【原理解析】一文讀懂CAN節(jié)點錯誤管理機制

時間：2021-10-20 16:12:35

關鍵字： CAN 節(jié)點

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]CAN節(jié)點的穩(wěn)定性、可靠性和安全性得益于其強大的錯誤管理機制。那么，CAN節(jié)點為什么能感知錯誤？又是如何響應錯誤？您是否能清晰地想象出這一過程？本文將為大家詳細分析CAN節(jié)點錯誤管理的工作過程。??節(jié)點電路構成如圖1所示，MCU作為主控制器，完成CAN控制器和功能電路的控制。?圖...

CAN 節(jié)點的穩(wěn)定性、可靠性和安全性得益于其強大的錯誤管理機制。那么，CAN節(jié)點為什么能感知錯誤？又是如何響應錯誤？您是否能清晰地想象出這一過程？本文將為大家詳細分析CAN節(jié)點錯誤管理的工作過程。

節(jié)點電路構成

如圖1所示，MCU作為主控制器，完成CAN控制器和功能電路的控制。

圖1 CAN節(jié)點組成框圖

CAN控制器是工作于數(shù)據(jù)鏈路層的器件，集成了CAN規(guī)范中數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能，其功能由軟件和硬件共同實現(xiàn)，從設備供應商買回來的CAN控制器已經(jīng)把相應的邏輯固化在其硅片之中；MCU是工作于應用層的器件，其功能由軟件和硬件共同實現(xiàn)，MCU運行的程序可由設計者靈活設計，以實現(xiàn)CAN節(jié)點的特定功能；CAN收發(fā)器工作于物理層，其功能完全由硬件實現(xiàn)，其作用是將CAN控制器的邏輯電平轉化為CAN總線的模擬差分信號，以及把總線模擬差分信號轉換成CAN控制器的邏輯電平。

CAN節(jié)點的錯誤管理屬于CAN通信規(guī)范數(shù)據(jù)鏈路層的內容，具體來說，錯誤管理是通過MCU和CAN控制器來實施的?？梢哉f，CAN控制器是錯誤管理的基礎設施，我們可以從兩個方面理解其工作邏輯：一是如何感知錯誤，二是如何響應錯誤。注：

1、本文所說的CAN規(guī)范指的是德國BOSCH公司的《CAN Specification Version 2.0》。

節(jié)點如何感知錯誤？

如前文所述，節(jié)點對總線錯誤的識別是通過CAN控制器來完成的。CAN控制器輸出給收發(fā)器發(fā)送引腳TX的邏輯信號位會從收發(fā)器接收引腳RX接收，這使得CAN控制器可以在發(fā)送一個邏輯位期間同時監(jiān)測總線的實際電平值。CAN控制器檢測總線錯誤原理如圖2所示：

圖2 監(jiān)測總線錯誤原理圖

如圖2描述，CAN控制器監(jiān)測一個總線電平的電平值是在采樣點位置進行的，判斷是否出現(xiàn)錯誤是在信息處理時間內完成的。

綜上所述，CAN控制器對錯誤的識別可概括為：無論是作為發(fā)送器還是接收器，在采樣點位置成功監(jiān)測到當前總線的實際電平值后，CAN控制器便按照CAN規(guī)范中描述的錯誤管理規(guī)則判斷是否出現(xiàn)錯誤。

CAN通信過程中的錯誤類型包括5種，分別是：位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、幀格式錯誤、應答錯誤。接下來分別對5種錯誤的檢測識別過程進行解析。

1、位錯誤位錯誤是由作為發(fā)送器的節(jié)點在發(fā)送報文期間進行檢測識別的。CAN控制器的程序邏輯發(fā)送的電平與監(jiān)測到總線的實際信號不一致即在此位期間檢測到位錯誤。

例外情況，在仲裁場或應答間隙期間發(fā)送一“隱性”位卻監(jiān)視到一“顯性”位，以及當發(fā)送器發(fā)送一個被動錯誤標志但檢測到“顯性”位時，均也不被視為位錯誤，以實現(xiàn)特定的功能。

2、填充錯誤在CAN幀的位場中，幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場以及CRC序列，均通過位填充的方法編碼。無論何時，發(fā)送器只要檢測到這些位場對應位流里有5個連續(xù)相同值的位，便自動在接著的下一位插入一個補碼位。CAN控制器在監(jiān)測總線電平值的同時對連續(xù)相同的位電平值會進行計數(shù)，如果在使用位填充法進行編碼的信息中，出現(xiàn)了第6個連續(xù)相同的位電平值時，便檢測到一個填充錯誤。

3、CRC錯誤CRC錯誤是由作為接收器的節(jié)點進行檢測識別的。CRC序列共15位（不包含填充位），其內容由幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場(如果有)的無填充位流計算而來。

CRC序列計算使用CAN規(guī)范規(guī)定的方法。作為發(fā)送器的節(jié)點發(fā)送CAN報文時CRC序列由規(guī)定的計算方法確定，作為接收器的節(jié)點從總線上接收完數(shù)據(jù)場最后一個數(shù)據(jù)位（沒有數(shù)據(jù)場時是接收完控制場的最后一個位）后，如果接下來接收到實際的CRC序列與接收器的計算結果不一致，便檢測到CRC錯誤。

4、格式錯誤節(jié)點無論是作為發(fā)送器的還是作為接收器均可在監(jiān)測報文期間檢測識別格式錯誤。由于CAN通信嚴格按照CAN規(guī)范定義的幀格式進行報文封裝傳輸，CAN控制器在監(jiān)測總線電平位時明確知道當前位、后續(xù)位屬于幀格式中哪個位場，以及屬于位場的第幾個位，當接收到一個屬于幀格式固定形式的位時，如果實際電平值與幀格式定義不一致，則檢測到一個格式錯誤。

例外情況，對于接收器來說，幀結束最后的位被置于“不重要”狀態(tài)，監(jiān)測到的幀結束最后一位期間的顯性位不被當作幀錯誤。

5、應答錯誤應答錯誤是由作為發(fā)送器的節(jié)點檢測識別的。在發(fā)送報文時，只要在發(fā)送應答間隙（隱性）期間所監(jiān)測到的位不為“顯性”，則發(fā)送器會檢測到一個應答錯誤。注：

1、上述5種錯誤不會相互排斥，也就是說CAN幀中的某個錯誤有可能同屬一種以上的錯誤類型。

2、如上所述，作為發(fā)送器或接收器的不同角色時，直接能檢測到的錯誤類型是不一樣的。

節(jié)點如何響應錯誤？

CAN規(guī)范中規(guī)定每個CAN控制器中實現(xiàn)一個發(fā)送錯誤計數(shù)器和一個接收錯誤計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)值不同，節(jié)點會處于不同的節(jié)點狀態(tài)，并根據(jù)計數(shù)值的變化進行狀態(tài)轉換，狀態(tài)轉換如圖3所示。

圖3 節(jié)點轉態(tài)轉換圖

當CAN控制器檢測到總線錯誤后通過發(fā)送錯誤標志指示錯誤。對于“錯誤主動”的節(jié)點，錯誤標志表現(xiàn)為“主動錯誤標志”，對于“錯誤被動”的節(jié)點，錯誤標志表現(xiàn)為“被動錯誤標志”。

無論檢測到位錯誤、填充錯誤、幀格式錯誤、還是應答錯誤，CAN控制器會在緊鄰的下一位發(fā)送錯誤標志。如果檢測到的錯誤類型是CRC錯誤，錯誤標志的發(fā)送開始于ACK定界符之后的位，即幀結尾。

綜上所述，CAN控制器對錯誤的響應可概括為：根據(jù)當前的節(jié)點狀態(tài)在位流序列相應的位置用錯誤標志標示錯誤，并按照CAN規(guī)范更新錯誤計數(shù)值，進行節(jié)點狀態(tài)轉換。并且是每成功監(jiān)測到一次錯誤便進行一次響應。注：

1、由于篇幅有限，關于錯誤計數(shù)的詳細規(guī)則、節(jié)點狀態(tài)轉換以及錯誤幀格式等細節(jié)均不在本文進行討論，請讀者查閱CAN協(xié)議規(guī)范。

2、上述分析可知道，錯誤響應的關鍵要素包括錯誤標志的類型和響應的位置。

錯誤管理機制的作用

錯誤管理機制的作用主要體現(xiàn)在對錯誤的響應過程。作為發(fā)送器發(fā)送錯誤標志時，無論“主動錯誤”還是“被動錯誤”都必然包括6個連續(xù)同極性的位，使其他節(jié)點也識別到總線錯誤，進而使所有節(jié)點都能丟棄當前出錯的幀。

作為接收器發(fā)送錯誤標志時，“主動錯誤”標志使其他節(jié)點也識別到總線錯誤從而使所有節(jié)點（包括作為發(fā)送器的節(jié)點）都能丟棄當前出錯的幀；“被動錯誤”標志不影響總線通信從而使其他節(jié)點都能成功接收當前幀，處于“被動錯誤”狀態(tài)的節(jié)點屬于“不可信”狀態(tài)，其檢測到錯誤僅是自己丟棄當前幀，這也是錯誤管理的靈活性所在，即錯誤響應并不是嚴格在任何情況下都使所有節(jié)點丟棄同一幀報文。

綜上所述，錯誤管理機制可以使所有的節(jié)點同時接收或丟棄總線的同一幀報文，又可以使作為接收器的被動錯誤狀態(tài)的節(jié)點僅自己丟棄當前報文而不影響其他節(jié)點。因此，錯誤管理是實現(xiàn)CAN通信數(shù)據(jù)一致性的機制之一。

總結

CAN節(jié)點錯誤管理功能是由CAN節(jié)點組成中的CAN控制器負責的，對錯誤管理的工作過程可以從“錯誤識別”和“錯誤響應”兩個方面進行理解。錯誤管理是實現(xiàn)CAN通信數(shù)據(jù)的一致性的機制之一。

ZPS-CANFD是致遠電子總線分析儀第二代CAN總線開發(fā)輔助工具，適用于CANFD、CAN、LIN總線的測量及測試儀器，支持總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，高層協(xié)議解析及診斷，能對CANFD、CAN總線物理層電氣信號實時采集和記錄，并附帶有高速模擬通道、通用數(shù)字IO及模擬IO，通過提供的硬件接口及軟件功能，用戶能夠便捷地構建總線信號測量與分析、節(jié)點功能仿真及測試、網(wǎng)絡可靠性診斷及評估的自動化系統(tǒng)。ZPS-CANFD可實現(xiàn)CAN/CANFD報文和波形的同步監(jiān)測，可以直觀的定位排查節(jié)點錯誤問題，以及更高效的錯誤干擾等模擬測試。

ZLG致遠電子官方新媒體平臺

本站聲明：本文章由作者或相關機構授權發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點，本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者，如若文章內容侵犯您的權益，請及時聯(lián)系本站刪除。

換一批

阿維塔、賽力斯已入股！華為引望可能成“中國博世”

9月2日消息，不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司，隨著阿維塔和賽力斯的入局，華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字：阿維塔塞力斯華為

[美通社全球TMT]

Trianz與AWS達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，徹底改變云采用和管理方式

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布，該公司與Amazon Web Services （AWS）簽訂了...

關鍵字： AWS AN BSP 數(shù)字化

[美通社全球TMT]

人工智能驅動工具SODA V將顛覆汽車市場，使汽車開發(fā)時間和成本降低90%

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V，這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具，可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字：汽車人工智能智能驅動 BSP

[美通社全球TMT]

從容應對未知風險----解密亞馬遜云科技的韌性之道

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行，同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險，如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加，頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性，提升韌性，成...

關鍵字：亞馬遜解密控制平面 BSP

[通信先鋒]

中國游戲市場開始復蘇！騰訊、網(wǎng)易等巨頭縮減在日本投資

8月30日消息，據(jù)媒體報道，騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字：騰訊編碼器 CPU

[通信先鋒]

獨立自主！華為董事：致力打造不依賴西方的技術

8月28日消息，今天上午，2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行，華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字：華為 12nm EDA 半導體

[通信先鋒]

華為張平安：數(shù)字世界話語權最終由生態(tài)繁榮決定！

8月28日消息，在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上，華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱，數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字：華為 12nm 手機衛(wèi)星通信

[美通社全球TMT]

中國通信服務公布2024年中期業(yè)績

要點：有效應對環(huán)境變化，經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升落實提質增效舉措，毛利潤率延續(xù)升勢戰(zhàn)略布局成效顯著，戰(zhàn)新業(yè)務引領增長以科技創(chuàng)新為引領，提升企業(yè)核心競爭力堅持高質量發(fā)展策略，塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字：通信 BSP 電信運營商數(shù)字經(jīng)濟

[美通社全球TMT]

NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟成立！自主生態(tài)將帶動產(chǎn)業(yè)鏈高速發(fā)展

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日，由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字： VI 傳輸協(xié)議音頻 BSP

[美通社全球TMT]