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【原理解析】一文读懂CAN节点错误管理机制


  来源: ZLG致远仪器 时间:2021-09-09 编辑:清风
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CAN节点的稳定性、可靠性和安全性得益于其强大的错误管理机制。那么,CAN节点为什么能感知错误?又是如何响应错误?您是否能清晰地想象出这一过程?本文将为大家详细分析CAN节点错误管理的工作过程。


节点电路构成


如图1所示,MCU作为主控制器,完成CAN控制器和功能电路的控制。


图1 CAN节点组成框图


CAN控制器是工作于数据链路层的器件,集成了CAN规范中数据链路层的全部功能,其功能由软件和硬件共同实现,从设备供应商买回来的CAN控制器已经把相应的逻辑固化在其硅片之中;MCU是工作于应用层的器件,其功能由软件和硬件共同实现,MCU运行的程序可由设计者灵活设计,以实现CAN节点的特定功能;CAN收发器工作于物理层,其功能完全由硬件实现,其作用是将CAN控制器的逻辑电平转化为CAN总线的模拟差分信号,以及把总线模拟差分信号转换成CAN控制器的逻辑电平。


CAN节点的错误管理属于CAN通信规范数据链路层的内容,具体来说,错误管理是通过MCU和CAN控制器来实施的。可以说,CAN控制器是错误管理的基础设施,我们可以从两个方面理解其工作逻辑:一是如何感知错误,二是如何响应错误。


注:

1、本文所说的CAN规范指的是德国BOSCH公司的《CAN Specification Version 2.0》。


节点如何感知错误?


如前文所述,节点对总线错误的识别是通过CAN控制器来完成的。CAN控制器输出给收发器发送引脚TX的逻辑信号位会从收发器接收引脚RX接收,这使得CAN控制器可以在发送一个逻辑位期间同时监测总线的实际电平值。CAN控制器检测总线错误原理如图2所示:


图2 监测总线错误原理图


如图2描述,CAN控制器监测一个总线电平的电平值是在采样点位置进行的,判断是否出现错误是在信息处理时间内完成的。


综上所述,CAN控制器对错误的识别可概括为:无论是作为发送器还是接收器,在采样点位置成功监测到当前总线的实际电平值后,CAN控制器便按照CAN规范中描述的错误管理规则判断是否出现错误。


CAN通信过程中的错误类型包括5种,分别是:位错误、填充错误、CRC错误、帧格式错误、应答错误。接下来分别对5种错误的检测识别过程进行解析。


1、位错误

位错误是由作为发送器的节点在发送报文期间进行检测识别的。CAN控制器的程序逻辑发送的电平与监测到总线的实际信号不一致即在此位期间检测到位错误。


例外情况,在仲裁场或应答间隙期间发送一“隐性”位却监视到一“显性”位,以及当发送器发送一个被动错误标志但检测到“显性”位时,均也不被视为位错误,以实现特定的功能。


2、填充错误

在CAN帧的位场中,帧起始、仲裁场、控制场、数据场以及CRC序列,均通过位填充的方法编码。无论何时,发送器只要检测到这些位场对应位流里有5个连续相同值的位,便自动在接着的下一位插入一个补码位。CAN控制器在监测总线电平值的同时对连续相同的位电平值会进行计数,如果在使用位填充法进行编码的信息中,出现了第6个连续相同的位电平值时,便检测到一个填充错误。


3、CRC错误

CRC错误是由作为接收器的节点进行检测识别的。CRC序列共15位(不包含填充位),其内容由帧起始、仲裁场、控制场、数据场(如果有)的无填充位流计算而来。


CRC序列计算使用CAN规范规定的方法。作为发送器的节点发送CAN报文时CRC序列由规定的计算方法确定,作为接收器的节点从总线上接收完数据场最后一个数据位(没有数据场时是接收完控制场的最后一个位)后,如果接下来接收到实际的CRC序列与接收器的计算结果不一致,便检测到CRC错误。


4、格式错误

关键词:CAN节点 管理机制 控制器    浏览量:808

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