科普系列：CAN總線錯誤幀及排查方法簡介

作者 | 蒹葭小編 | 吃不飽

CAN幀有多種格式，錯誤幀作為CAN幀中獨特的一種，了解其作用，類型與產(chǎn)生原因，對于進行測試以及開發(fā)有很大的幫助，本文將對錯誤幀的相關(guān)基礎(chǔ)知識以及后續(xù)的分析排查進行介紹。
01錯誤幀的基礎(chǔ)知識錯誤幀的作用錯誤幀是CAN總線用于進行錯誤通知的報文，可以將任何一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)的錯誤通知給其他節(jié)點，包括發(fā)送節(jié)點；進而丟棄錯誤的報文，發(fā)送節(jié)點再進行報文的重新發(fā)送，保證傳遞信息的準(zhǔn)確性。
錯誤類型
圖1CAN的分層體系結(jié)構(gòu)
首先，如上圖所示，按照分層的理念，CAN的錯誤檢測和錯誤信號的發(fā)送都處于二層，即數(shù)據(jù)鏈路層，因此，錯誤檢測所檢測的報文也是檢測數(shù)據(jù)鏈路層的報文。其次，當(dāng)總線上的幀出現(xiàn)錯誤時，節(jié)點就會發(fā)出錯誤幀，而錯誤也有多種類型：

位錯誤

位錯誤是發(fā)送節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)，進行回讀，檢測到總線上的數(shù)據(jù)與自身發(fā)出的數(shù)據(jù)不同時，發(fā)出的錯誤。由于CAN的仲裁機制和ACK應(yīng)答機制，在仲裁場和ACK處發(fā)出隱性位，而回讀到顯性位時并不會認(rèn)為是位錯誤。圖2位檢測

格式錯誤

格式錯誤是在固定格式的位場處檢測到非法位，例如：ACK界定符固定是一個隱性位，若檢測到顯性，就認(rèn)為是格式錯誤。圖3格式檢測

ACK錯誤

發(fā)送節(jié)點在自身發(fā)送的報文的ACK位檢測到隱性時，會認(rèn)為沒有其他節(jié)點接收到此條報文，即為ACK錯誤。圖4ACK檢測

填充錯誤

CAN的填充機制是每檢測到5個連續(xù)相同的位時，即填充一個相反的位，以提供足夠的跳變沿來進行同步，當(dāng)在總線上有報文時，檢測到連續(xù)的6個相同的位時，即認(rèn)為是填充錯誤。圖5填充檢測

CRC錯誤

接收節(jié)點接收到的CRC序列與發(fā)送節(jié)點發(fā)送的CRC序列不同時，即識別為CRC錯誤。圖6CRC檢測
錯誤幀的類型

上文已經(jīng)說了CAN錯誤的類型，當(dāng)檢測到錯誤時，就會有錯誤幀發(fā)出，處于不同錯誤狀態(tài)的節(jié)點，所發(fā)送的錯誤幀格式是不同的。從錯誤的角度分析，節(jié)點有三種不同的狀態(tài)，分別是主動錯誤狀態(tài)，被動錯誤狀態(tài)和總線關(guān)閉狀態(tài)。并有兩種不同的錯誤計數(shù)器，分別是接收錯誤計數(shù)器REC和發(fā)送錯誤計數(shù)器TEC。當(dāng)節(jié)點檢測到錯誤時，會發(fā)出錯誤幀，并增加錯誤計數(shù)器的值，根據(jù)錯誤計數(shù)器的值，節(jié)點會進入不同的狀態(tài)。具體的計數(shù)算法參照 ISO 11898-1。圖7節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
當(dāng)TEC和REC的值都小于128時，節(jié)點處于主動錯誤狀態(tài)時，節(jié)點發(fā)送的錯誤幀由6個顯性位（主動錯誤標(biāo)志）加8個隱性位（錯誤界定符）組成，共14位。一個節(jié)點發(fā)出錯誤幀，其他節(jié)點識別到后會跟著發(fā)出錯誤幀，由此機制，將一個節(jié)點檢測到的錯誤通知給其他節(jié)點，也能防止其他節(jié)點接收到錯誤的報文。當(dāng)TEC或REC大于127時，節(jié)點處于被動錯誤狀態(tài)時，節(jié)點發(fā)送的錯誤幀由6個隱性位（被動錯誤標(biāo)志）加8個隱性位（錯誤界定符）即14個連續(xù)的隱性位組成，當(dāng)處于被動錯誤狀態(tài)的節(jié)點在接收報文時檢測到錯誤進而發(fā)出的錯誤幀，一定會被正常的報文或者其他節(jié)點的錯誤幀覆蓋掉。只有當(dāng)處于被動錯誤狀態(tài)的節(jié)點在主動發(fā)出報文，發(fā)出的錯誤幀才會被其他節(jié)點正常檢測到并觸發(fā)其他節(jié)點發(fā)出錯誤幀。當(dāng)TEC大于255時，節(jié)點處于總線關(guān)閉狀態(tài)（busoff）時，節(jié)點會停止收發(fā)報文，直到有用戶請求（如：重啟）或總線連續(xù)128次出現(xiàn)11個連續(xù)的隱性位時，節(jié)點重新恢復(fù)到主動錯誤的狀態(tài)?？偩€關(guān)閉狀態(tài)主要是為了防止一個節(jié)點出現(xiàn)故障或持續(xù)被干擾時，不斷發(fā)出錯誤幀，從而影響其他節(jié)點的正常收發(fā)報文。
綜上，錯誤幀按具體格式分類只有兩類，即6個顯性0 + 8個隱性1和6個隱性1 + 8個隱性1兩種。當(dāng)一個節(jié)點連續(xù)檢測到多個錯誤，進入到被動錯誤模式時，此時很有可能是此節(jié)點出了問題或者受到干擾，這個時候這個節(jié)點檢測出的錯誤可能已經(jīng)不被信任，所以處于被動錯誤模式的節(jié)點發(fā)出的錯誤幀是14個隱性位，可以被正常報文或正常的錯誤幀覆蓋掉。

02實車上出現(xiàn)錯誤幀的主要原因
對于實車而言出現(xiàn)錯誤幀主要可能是因為以下幾種原因：終端電阻不匹配：終端電阻用以匹配電纜的阻抗特性，減少信號的反射，當(dāng)終端電阻與總線的阻抗不匹配時，產(chǎn)生的反射現(xiàn)象就會較為嚴(yán)重，影響結(jié)果。
總線電阻75Ω總線電阻40Ω總線電阻60Ω圖8 不同電阻對波形的影響
電容對波形的影響：電容不匹配會影響電平上升下降沿的時間，進而影響采樣時的結(jié)果?？偩€電容過大，會導(dǎo)致放電時間增加，下降沿時間會增加，影響最后采樣的結(jié)果。

圖9 不同電容對波形的影響
支線長度的影響：支線長度過長，會對總線的阻抗匹配產(chǎn)生影響，形成的反射也會更嚴(yán)重，進而影響總線上的波形。采樣點不合適的節(jié)點。當(dāng)總線上的節(jié)點的采樣點位置設(shè)置的不一致，有可能會出現(xiàn)錯誤幀。電磁干擾比較大的電源，較大的電磁干擾會影響總線的波形，進而影響總線上的報文，出現(xiàn)錯誤幀。
總結(jié)：實車上出現(xiàn)錯誤幀一般是波形較差，波形的波動，進而影響采樣的結(jié)果，出現(xiàn)錯誤幀。
03錯誤幀的排查方法示例
進行錯誤幀的原因排查，觀察錯誤幀的類型等信息，可借助Vector公司軟件工具CANoe、示波器、萬用表等。在CANoe的Trace窗口中可以看到報文的詳細(xì)信息，錯誤類型等。實車上出現(xiàn)錯誤幀時，綜合出現(xiàn)錯誤幀的原因，如下部分典型排查方法可以參考。

先判斷終端節(jié)點是否在線，加載DBC來判斷是否有終端節(jié)點的報文，或者用萬用表測量終端電阻阻值是否正確。

圖10 判斷節(jié)點是否在線

確認(rèn)錯誤幀出現(xiàn)的頻率，是否為周期型或僅在固定的時間段內(nèi)出現(xiàn)。

排查錯誤幀出現(xiàn)時，對應(yīng)的報文是否有固定的ID，或者是固定的節(jié)點。

根據(jù)錯誤幀的信息排查，是否與正常報文相關(guān)；同時再結(jié)合重傳和報文的優(yōu)先級綜合分析。

圖11 優(yōu)先級對錯誤幀的影響

04結(jié)語
通過上述的介紹，相信讀者對于錯誤幀的類型和原因有了一定的了解。對于測試而言，了解錯誤幀的類型，進而分析錯誤出現(xiàn)的原因，對于測試中出現(xiàn)的問題以及對測試結(jié)果的分析，都是可以參考的方法。北匯信息專注于汽車電子網(wǎng)絡(luò)通信、診斷刷寫、邏輯功能測試開發(fā)服務(wù)，期待進一步溝通交流、共享合作的機會。