CAN總線基礎(chǔ)知識(三)

1.7 優(yōu)先級的決定

在總線空閑狀態(tài)，最先開始發(fā)送消息的單元獲得發(fā)送權(quán)。

多個單元同時開始發(fā)送時，各發(fā)送單元從仲裁域的第一位開始進(jìn)行仲裁。連續(xù)輸出顯性電平最多的單元可繼續(xù)發(fā)送。丟失競爭的單元在下一bit進(jìn)入接收操作。

仲裁的過程如圖27所示。

(1)數(shù)據(jù)幀和遙控幀的優(yōu)先級

具有相同 ID 的數(shù)據(jù)幀和遙控幀在總線上競爭時，仲裁段的最后一位（RTR）為顯性位的數(shù)據(jù)幀具有優(yōu)先權(quán)，可繼續(xù)發(fā)送。

數(shù)據(jù)幀和遙控幀的仲裁過程如圖28所示。

(2)標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的優(yōu)先級

標(biāo)準(zhǔn)格式 ID 與具有相同ID 的遙控幀或者擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀在總線上競爭時，標(biāo)準(zhǔn)格式的RTR 位為顯性位的具有優(yōu)先權(quán)，可繼續(xù)發(fā)送。

標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁過程如圖29所示。

1.8 位填充

位填充是一種周期性重同步收/發(fā)操作的功能，為了防止接收節(jié)點間時序由于累積而導(dǎo)致的錯誤，如果5個bit持續(xù)了同樣的電平，則添加1個bit的反向數(shù)據(jù)位。

如圖30顯示的位填充機(jī)制：

（1）發(fā)送單元的操作

在發(fā)送數(shù)據(jù)幀和遙控幀的時候，SOF-CRC段間的數(shù)據(jù)，相同電平如果持續(xù)5bit，在下一bit（第6bit）則要插入1bit與前5bit反向的電平。

（2）接收單元的操作

在接收數(shù)據(jù)幀和遙控幀的時候，SOF-CRC段間的數(shù)據(jù)，相同電平如果持續(xù)5bit，需要刪除下一bit（第6bit）再接收。如果這第6bit的電平與前5bit相同，則被視為錯誤，且發(fā)送錯誤幀。

1.9 錯誤的種類

有5種類型的錯誤，可能有2個或更多的錯誤同時發(fā)生：

• 位錯誤
• 填充錯誤
• CRC錯誤
• 格式錯誤
• ACK錯誤

表8列出了這些錯誤的種類、內(nèi)容、錯誤檢測幀和檢測單元。

• 位錯誤由向總線上輸出數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀的單元和輸出ACK的單元、輸出錯誤的單元來檢測。
• 在仲裁段輸出隱性電平，但檢測出顯性電平時，將被視為仲裁失利，而不是位錯誤。
• 在仲裁段作為填充位輸出隱性電平時，但檢測出顯性電平時，將不視為位錯誤，而是填充錯誤。
• 發(fā)送單元在ACK 段輸出隱性電平，但檢測到顯性電平時，將被判斷為其它單元的ACK 應(yīng)答，而非位錯誤。
• 輸出被動錯誤標(biāo)志（6 個位隱性位）但檢測出顯性電平時，將遵從錯誤標(biāo)志的結(jié)束條件，等待檢測出連續(xù)相同6 個位的值（顯性或隱性），并不視為位錯誤。

(2) 格式錯誤

• 即使接收單元檢測出EOF（7 個位的隱性位）的最后一位（第8 個位）為顯性電平，也不視為格式錯誤。
• 即使接收單元檢測出數(shù)據(jù)長度碼（DLC）中9∼15 的值時，也不視為格式錯誤。

1.10 錯誤幀的輸出時序

檢測到發(fā)生錯誤的單元輸出一個錯誤標(biāo)志，以通知其它單元。

處于主動錯誤狀態(tài)的單元輸出的錯誤標(biāo)志為主動錯誤標(biāo)志；處于被動錯誤狀態(tài)的單元輸出的錯誤標(biāo)志為被動錯誤標(biāo)志。

發(fā)送單元發(fā)送完錯誤幀之后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀。

錯誤標(biāo)志輸出時序如表9：

1.11 位時序

在沒有重新同步情況下，發(fā)送單元每秒傳輸?shù)奈粩?shù)稱之為位速率。1位由下面4個段組成。

• 同步段（SS）
• 傳播時間段（PTS）
• 相位緩沖段1（PBS1）
• 相位緩沖段2（PBS2）

這些段又由稱之為Time Quantum（以下稱為Tq）的最小時間單位構(gòu)成。

1位分為4個段，每個段由若干個Tq構(gòu)成，這稱為位時序。

1位由多少個Tq構(gòu)成、每個段由多少個Tq構(gòu)成等是可以設(shè)定的。通過設(shè)置bit時序。使得可以設(shè)定一個采樣點以使總線上多個單元可同時采樣，所謂采樣點就是在這一時刻總線上的電平被鎖存，這個鎖存的電平作為位的值。采樣點的位置在PBS1的結(jié)束處。

表10描述了各段的作用和Tq 數(shù)。1個位的構(gòu)成如圖31所示。

注1：IPT代表信息處理時間，是以采樣點作為起始的時間段，用于計算后續(xù)位的位電平。這是硬件在一個采樣點后立刻改變位的電平所必須要的。這個時間等于或小于2Tq，。

注2：因為采樣點是處于PBS1結(jié)束處，所以IPT和PBS2重疊。當(dāng)IPT = 2Tq時，PBS2不可能選為1，因此，PBS2必須是2到8Tq。

注3：重新同步的結(jié)果使相位緩沖段1增長，或使相位緩沖段2 縮短。相位緩沖段加長或縮短的數(shù)量有一個上限，此上限由SJW（重新同步跳轉(zhuǎn)寬度）給定。重新同步跳轉(zhuǎn)寬度應(yīng)設(shè)置于1和最小值之間（此最小值為4*PBS1）。

可以從一位值轉(zhuǎn)換到另一位值的過渡過程得到時鐘信息。這里有一個屬性，即：只有后續(xù)位的一固定最大數(shù)值才具有相同的數(shù)值。這個屬性使總線單元在幀期間重新同步于位流成為可能?？捎糜谥匦峦降膬蓚€過渡過程之間的最大的長度為29個位時間。

1.12 同步是如何獲得的？

CAN總線的通訊是采用NRZ（Non-Return to Zero，非歸0）碼，數(shù)據(jù)本身并不攜帶時鐘信息，也即在每一位的開始或結(jié)束沒有同步信號，發(fā)送單元以位時序同步的方式開始發(fā)送幀數(shù)據(jù)，接收單元根據(jù)總線電平的變化進(jìn)行同步并進(jìn)行接收工作。

然而，發(fā)送器和接收器之間由于彼此的時鐘誤差或傳輸路徑的相位誤差可能會失去同步關(guān)系，因此接收單元在接收幀的時候，必須通過硬件同步或重新同步調(diào)整它的操作時序。

1.13 硬件同步

在總線空閑狀態(tài)時，接收單元檢測到SOF，就會執(zhí)行這個同步調(diào)整過程。“隱式”電平跳變到“顯式”電平的邊緣的時間點被認(rèn)為是SS，而不管SJW的值

圖32顯示了硬件同步機(jī)制。

• 如果沿出現(xiàn)在SS里，沿的相位誤差e=0；
• 如果沿位于采集點（PBS1結(jié)束之前）之前，e>0；
• 如果沿位于采集點之后，e<0；

1.14 重新同步機(jī)制

在接收過程中檢測到總線電平發(fā)生了改變時執(zhí)行重新同步操作。

每當(dāng)檢測到一個邊沿（總線電平的改變），收發(fā)單元根據(jù)SJW值通過增加PBS1段或減少PBS2段，來調(diào)整同步。但，如果發(fā)生了超出SJW值的誤差時，最大調(diào)整量不能超過SJW值。

圖33顯示了重新同步機(jī)制。

1.15 調(diào)整同步的規(guī)則

硬件同步和再同步的執(zhí)行遵從如下規(guī)則：

1) 在1個位時間里（或者說在2個采樣點之間），只允許一個同步（或者說只進(jìn)行一次同步調(diào)整）。

2) 只有當(dāng)采樣點之前的總線電平和邊沿后的總線電平不同時，該邊沿才能用于調(diào)整同步。

3) 如果出現(xiàn)隱性電平到顯性電平變化的邊沿，且條件（1）和（2）滿足，將進(jìn)行同步。

4) 如果在幀間間隙期間發(fā)生隱性電平到顯性電平的信號邊沿（除了間隙里的第一位），則總會執(zhí)行硬件同步。

5) 如果發(fā)生從所有其它隱性電平到顯性電平的信號邊沿，則執(zhí)行再同步。

6) 如果發(fā)送單元自身輸出的顯性電平被檢測到有延遲，則不執(zhí)行再同步。