CAN總線錯(cuò)誤處理介紹

CAN怎樣處理錯(cuò)誤

錯(cuò)誤處理內(nèi)建在CAN協(xié)議中，對(duì)CAN系統(tǒng)的運(yùn)行十分重要。錯(cuò)誤處理的目標(biāo)是檢測(cè)CAN總線上出現(xiàn)的報(bào)文中的錯(cuò)誤，從而傳送器可以重傳出錯(cuò)的報(bào)文?？偩€上的每個(gè)CAN控制器都會(huì)嘗試檢測(cè)報(bào)文中的錯(cuò)誤。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)將傳送一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，從而中斷總線通信。其它節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志導(dǎo)致的錯(cuò)誤（如果它們尚未檢測(cè)到初始錯(cuò)誤）并采取合適的措施（例如丟棄當(dāng)前報(bào)文）。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。有幾個(gè)規(guī)則規(guī)定這些計(jì)數(shù)器怎樣增加和/或減少計(jì)數(shù)?？偟膩?lái)講，檢測(cè)到故障的傳送器增加其傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器比偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)增加其接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器要快。這是因?yàn)?，很有可能是傳送器發(fā)生了故障！當(dāng)任何錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器增加到超過(guò)某個(gè)值時(shí)，節(jié)點(diǎn)將首先進(jìn)入“錯(cuò)誤被動(dòng)”，也就是說(shuō)，它在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)不會(huì)積極地阻止總線通信，然后“離開(kāi)總線”，這意味著節(jié)點(diǎn)根本不參與總線通信。

使用錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，CAN節(jié)點(diǎn)不但可以檢測(cè)故障，而且可以執(zhí)行錯(cuò)誤限制。

錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制

CAN協(xié)議定義了五種以上不同的方法來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤。其中兩種工作在位層次，另外三種工作在報(bào)文層次。

位監(jiān)視

位填充

幀檢查

應(yīng)答檢查

循環(huán)冗余檢查

1. 位監(jiān)視

CAN總線上的每個(gè)傳送器都會(huì)監(jiān)視（也就是回讀）傳送的信號(hào)電平。如果真正讀到的位電平與傳送的位電平不同，會(huì)發(fā)出信號(hào)指示位錯(cuò)誤（仲裁過(guò)程中不會(huì)發(fā)出位錯(cuò)誤）。

2. 位填充

節(jié)點(diǎn)連續(xù)發(fā)送五個(gè)具有相同電平的位后，將在發(fā)送出去的位流中加上第六個(gè)相反電平的位。接收方將刪除這個(gè)額外的位。這樣做是為了避免總線上出現(xiàn)過(guò)度的直流電成分，但它同時(shí)也給予了接收方檢測(cè)錯(cuò)誤的額外機(jī)會(huì)：如果總線上出現(xiàn)五個(gè)以上相同電平的連續(xù)位，會(huì)發(fā)出信號(hào)指示填充錯(cuò)誤。

3. 幀檢查

CAN報(bào)文的一些部分具有固定的格式，也就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)明確定義了何種電平和何時(shí)出現(xiàn)這種電平（CRC定界符、ACK定界符、幀結(jié)束以及間歇，但是間歇還有一些另外的特殊錯(cuò)誤檢查規(guī)則）。如果一個(gè)CAN控制器在這些固定字段中的一個(gè)中檢測(cè)到無(wú)效值，將發(fā)出組成錯(cuò)誤。

4. 應(yīng)答檢查

總線上正確接收?qǐng)?bào)文的所有節(jié)點(diǎn)（不管這些節(jié)點(diǎn)是否對(duì)報(bào)文內(nèi)容“感興趣”）預(yù)期將在報(bào)文中所謂的應(yīng)答時(shí)隙中發(fā)送一個(gè)顯性電平。這是，發(fā)送方將發(fā)送一個(gè)隱性電平。如果發(fā)送方無(wú)法在應(yīng)答時(shí)隙中檢測(cè)到顯性電平，會(huì)發(fā)出應(yīng)答錯(cuò)誤的信號(hào)。

5. 循環(huán)冗余檢查

每個(gè)報(bào)文都包含一個(gè)15位的循環(huán)冗余校驗(yàn)和（CRC）。節(jié)點(diǎn)如果在報(bào)文中檢測(cè)到與自己計(jì)算所得不同的CRC，將發(fā)出CRC錯(cuò)誤的信號(hào)。

錯(cuò)誤限制機(jī)制

總線上的每個(gè)CAN控制器都將在每個(gè)報(bào)文中嘗試檢測(cè)以上列出的錯(cuò)誤。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)將發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，從而停止總線通信。其它節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)到由錯(cuò)誤標(biāo)志引發(fā)的錯(cuò)誤（如果它們尚未檢測(cè)到原始錯(cuò)誤）并采取恰當(dāng)?shù)拇胧ㄒ簿褪莵G棄當(dāng)前報(bào)文）。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。有幾個(gè)規(guī)則規(guī)定這些計(jì)數(shù)器怎樣增加和/或減少計(jì)數(shù)?？偟膩?lái)講，檢測(cè)到故障的傳送器增加其傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器比偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)增加其接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器要快。這是因?yàn)楹苡锌赡苁莻魉推靼l(fā)生了故障！

節(jié)點(diǎn)開(kāi)始時(shí)處于主動(dòng)錯(cuò)誤模式。當(dāng)兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器中的任何一個(gè)的計(jì)數(shù)超過(guò)127時(shí)，當(dāng)兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器中的任何一個(gè)計(jì)數(shù)超過(guò)127時(shí)，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入稱為被動(dòng)錯(cuò)誤的狀態(tài)。當(dāng)傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器達(dá)到255以上時(shí)，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入總線離線狀態(tài)。

1.主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)將在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。

2.被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)將在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。

3.總線離線節(jié)點(diǎn)不會(huì)在總線上傳送任何內(nèi)容。

增加和減少錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的規(guī)則略顯復(fù)雜，但是原理比較簡(jiǎn)單：傳送錯(cuò)誤的步進(jìn)為8個(gè)錯(cuò)誤點(diǎn)數(shù)，而接收錯(cuò)誤的步進(jìn)為1個(gè)錯(cuò)誤點(diǎn)數(shù)。正確傳送和/或接收的報(bào)文會(huì)減小計(jì)數(shù)器值。

示例（稍加簡(jiǎn)化）：假設(shè)總線上的節(jié)點(diǎn)A運(yùn)氣不好。不管什么時(shí)候A發(fā)送報(bào)文都發(fā)生失敗（由于種種原因）。每次失敗時(shí)，它的傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器增加8并發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。然后它將嘗試重傳報(bào)文，但是一直失敗。

當(dāng)傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過(guò)127時(shí)（也就是在16次嘗試之后），節(jié)點(diǎn)A進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤模式。區(qū)別在于，它現(xiàn)在將在總線上傳送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志包含6個(gè)隱性位，不會(huì)影響其它的總線通信，所以其它節(jié)點(diǎn)不會(huì)偵聽(tīng)到有關(guān)總線錯(cuò)誤的反饋。但是，A繼續(xù)增加其傳送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)值超過(guò)255時(shí)，節(jié)點(diǎn)A最終放棄傳送并進(jìn)入總線離線模式。

其它節(jié)點(diǎn)怎樣響應(yīng)節(jié)點(diǎn)A？對(duì)于A傳送的每個(gè)主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，其它節(jié)點(diǎn)將為其接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器增加1。當(dāng)A進(jìn)入總線離線狀態(tài)時(shí)，其它節(jié)點(diǎn)的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)大大低于錯(cuò)誤被動(dòng)的限制值（127）。每次正確收到一條報(bào)文，這個(gè)計(jì)數(shù)值將減1。但是，節(jié)點(diǎn)A將停留在總線離線狀態(tài)。

大部分CAN控制器將為兩種狀態(tài)提供狀態(tài)位（和相應(yīng)的中斷）：

“錯(cuò)誤警告” – 一個(gè)或兩個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)超過(guò)96

“總線離線”，如上所述。

一些控制器（但不是所有）還為被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)提供一個(gè)位。一些控制器還可以直接訪問(wèn)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。

CAN控制器在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)重傳報(bào)文的特性有時(shí)候會(huì)很煩人。市場(chǎng)上至少有一種控制器（飛利浦公司生產(chǎn)的SJA1000）允許對(duì)錯(cuò)誤處理完全人工控制。

總線故障模式

ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)列出了CAN總線線纜的幾種故障模式：

1.CAN_H中斷

2.CAN_L中斷

3.CAN_H短路到電池電壓

4.CAN_L短路到接地

5.CAN_H短路到接地

6.CAN_L短路到電池電壓

7.CAN_L短路到CAN_H線路

8.CAN_H和CAN_L在同一個(gè)位置中斷

9.丟失到終端網(wǎng)絡(luò)的連接

對(duì)于故障1-6和9，建議減小S/N比率保持總線繼續(xù)工作。對(duì)于故障8，建議保持產(chǎn)生的子系統(tǒng)繼續(xù)工作。對(duì)于故障7，可以選擇減小S/N比率繼續(xù)工作。

實(shí)踐中，使用82C250類型收發(fā)器的CAN系統(tǒng)無(wú)法在發(fā)生故障1-7時(shí)繼續(xù)工作，在發(fā)生故障8-9時(shí)可能無(wú)法繼續(xù)工作。

但是，存在諸如TJA1053等容錯(cuò)能力強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)程序可以處理所有故障。通常，獲得這種容錯(cuò)能力的代價(jià)是最大速度受到限制。對(duì)于TJA1053，最大速度是125kbps。