CAN总线技术学习（二）

问题：CAN总线技术学习（二）
描述:

现场总线CAN总线

CAN总线信息以帧的形式传输，每个帧包括多个段：起始位SOF、仲裁段、控制段、数据段、CRC校验、确认位、结束位等，各个段依次串行被传输到总线上。起始位、CRC校验、确认位和结束位由控制器硬件自动生成，软件可以配置仲裁段、控制段和数据段的内容。每个CAN帧最多发送数据段长度为8个字节即64位。
CAN总线协议有两种：CAN2.0A和CAN2.0B协议，CAN2.0A支持帧ID为11位的标准帧，CAN2.0B协议支持帧ID为11位的标准帧和帧ID为29位的扩展帧，如图1和图2所示。
 
图1 CAN标准帧
 
图2 CAN扩展帧
下面解释几个CAN总线问题：
位填充：上述图中都提到位填充的问题，即当发送的一帧CAN信息中出现连续5个相同位时，控制器会自动填充一个相反的位进去，控制器接收一帧CAN信息时发现5个相同的位，也会自动把其后的一个翻转位去掉。那么可能我们会问为什么要做这种看似无用的操作呢？因为CAN总线通讯属于异步通讯，虽然通讯双方约定设定相同的波特率通讯，但是每一位（bit）的宽度也不可能绝对相同，多个相同的位累积起来可能出现较大的误差，造成接收信息出错，那么如何解决这个问题呢？CAN协议中规定在位跳转时要做同步补偿，那么这样可以消除多个位累积造成的错误，但是如果CAN帧信息连续出现多个0或1，接收方没办法监测到翻转位，不能做出正确的补偿，可能导致发送方发了10位0，接收方监测出11个0出来的情况出现，所以当发送方连续发送5个0时，要位填充一个1进去，然后再发送下面的位，而接收方接收到5个0后接收到下面的1可以做出相应的同步补偿，同时要丢弃这个填充位。按照CAN协议规定如果在CAN信息中接收到连续6个以上的相同位被认为是错误信息，CAN控制器错误计数加1。
CAN协议：如上图所示，标准帧标识符（帧ID）有11位，扩展帧标识符（帧ID）有29位，CAN2.0B协议也兼容CAN2.0A协议，可以同时识别标准帧和扩展帧。标准帧和扩展帧的区别在于IDE位，IDE为0时表示标准帧，IDE为1时表示扩展帧。
CAN信号：CAN总线使用一对差分信号通讯，即CAN_H和CAN_L,通过识别它们的压差获取0或1的信息，上电后两个信号对地都会有一定的电压，即V_CANH和V_CANL，通过判断V_CANH-V_CANL识别信息，总线信号分为显性（压差为1V以上，也即数字0）和隐性（压差小于0.5V，也即数字1）。一般在没有数据通讯时V_CANH和V_CANL都为2.5V，所以CAN总线默认为没有压差（隐性，数字1），当有起始位SOF（数字0，显性）时每个网络上的节点都能监测到，准备接收信息，如图3所示。
 
图3 CAN总线电压示意图
逐位仲裁机制：CAN节点发送的信息都会被自己接收并判断。当CAN总线上两个节点同时发送CAN信息时，CAN节点也会比较自己发送的数据和接收的数据是否一致，由于CAN信号有显性（数字0，压差大于1V）和隐性（数据1，压差小于0.5V）两种，当一个节点发送0而另一个节点发送1时，总线表现为显性0，那么发送1的节点监测到后知道发送总线冲突，自动退出发送，所以可以看出，CAN总线信息小的优先级高。通过这种方式可以实现非破坏性逐位仲裁，优先级高的节点正常发送，不受任何影响。