can總線的信號錯誤介紹

1. 幀結(jié)構(gòu) ?

1.1 錯誤幀 ?

錯誤幀用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤通知錯誤的幀，它由錯誤標(biāo)志和錯誤界定符構(gòu)成。

圖1 錯誤幀結(jié)構(gòu)

上圖1的錯誤標(biāo)志包括主動錯誤標(biāo)志（6個位的顯性位）和被動錯誤標(biāo)志（6個位的隱性位）兩種。主動錯誤標(biāo)志處于主動錯誤狀態(tài)下的單元檢測出錯誤時輸出的錯誤標(biāo)志。被動錯誤標(biāo)志處于被動錯誤狀態(tài)的單元檢測出錯誤時輸出的錯誤標(biāo)志。錯誤界定符由8個位的隱性位構(gòu)成。 注意上圖0~6位的錯誤標(biāo)志重疊，這段怎么確定呢？需先介紹2個概念：位填充和錯誤類型。

1）位填充(Bit Stuffing) 位填充是為防止突發(fā)錯誤而設(shè)定的功能。當(dāng)同樣的電平持續(xù)5位則添加一個位的反型數(shù)據(jù)位：



圖2 位填充示意，



注意：位填充作用范圍為SOF-CRC段機間的數(shù)據(jù)。


2) 錯誤類型 錯誤類型有5種，如下圖3所述。圖4為CRC錯誤示意。



圖3 錯誤類型描述

?



圖4 CRC驗證示意

針對上述位錯誤再做說明： 所謂“發(fā)出的電平與從總線上回讀的電平不一致”，指的就是節(jié)點向總線發(fā)出隱性位，卻從總線上回讀到顯性位或者節(jié)點向總線發(fā)出顯性位，卻從總線上回讀到隱性位這兩種情況。有三種例外情況不屬于位錯誤： 在仲裁區(qū)，節(jié)點向總線發(fā)送隱性位卻回讀到顯性位，不認(rèn)為是位錯誤，這種情況表示該節(jié)點仲裁失?。?在ACK槽，節(jié)點向總線發(fā)送隱性位卻回讀到顯性位，不認(rèn)為是位錯誤，這種情況表示，該節(jié)點當(dāng)前發(fā)送的這一幀報文至少被一個其它節(jié)點正確接收； 一個節(jié)點發(fā)送被動錯誤標(biāo)志，該節(jié)點向總線發(fā)送連續(xù)六個隱性位（被動錯誤標(biāo)志）卻回讀到顯性位，不認(rèn)為是位錯誤。因為被動錯誤標(biāo)志是六個連續(xù)的隱性位，所以在總線上按照線與機制，有可能這六個連續(xù)隱性位被其它節(jié)點發(fā)送的顯性電平覆蓋。

3）錯誤幀發(fā)送 檢查到錯誤后，什么時候發(fā)送錯誤幀呢？按照CAN協(xié)議的規(guī)定：

位錯誤、填充錯誤、格式錯誤、ACK錯誤。在錯誤產(chǎn)生的那一位的下一位開始發(fā)送錯誤幀。

CRC錯誤。緊隨ACK界定符后的位發(fā)送錯誤幀。

通過具體例子（引自[3]）來了解錯誤幀發(fā)送，如下圖5所示。



圖5 錯誤幀

發(fā)送節(jié)點Node_A發(fā)送一個顯性位，但是卻從總線上聽到一個隱形位，于是Node_A節(jié)點就會檢測到一個位錯誤；

2）Node_A檢測到位錯誤之后，立即在下一位開始發(fā)送主動錯誤幀：6個連續(xù)顯性位的主動錯誤標(biāo)志+8個連續(xù)隱性位的錯誤界定符；

3）對應(yīng)Node_A發(fā)出的主動錯誤標(biāo)志，總線上電平為6個連續(xù)顯性位；

4）接收節(jié)點Node_B和Node_C從總線上聽到連續(xù)6個顯性位，那么就會檢測到一個填充錯誤，于是這兩個節(jié)點都會發(fā)送主動錯誤幀；

5）對應(yīng)Node_B和Node_C發(fā)出的主動錯誤標(biāo)志，總線電平又有6個連續(xù)顯性電平，對應(yīng)Node_B和Node_C發(fā)出的錯誤界定符，總線電平有8個連續(xù)的隱性電平。

6）在間歇場之后，Node_A節(jié)點重新發(fā)送剛剛出錯的報文。 在了解了錯誤幀的發(fā)送后，最后回到之前提到錯誤標(biāo)志重疊部分是怎樣形成的，看下例?



圖6 錯誤界定符形成示意

在這個例子，我們知道位錯誤的錯誤標(biāo)志與填充錯誤的錯誤標(biāo)志重疊2位，剩下部分還有4位：

1.2 過載幀

為了后續(xù)介紹錯誤狀態(tài)，這里再介紹下過載幀，它是用于接收單元通知其尚未完成接收準(zhǔn)備的幀。過載幀由過載標(biāo)志（6個位的顯性位）和過載界定符(8個位的隱性位)構(gòu)成。過載界定符的構(gòu)成與錯誤界定符的構(gòu)成相同。過載幀的構(gòu)成如下圖所示。



圖7 過載幀定義

對于過載幀的幀結(jié)構(gòu)我們可以這樣理解：接收節(jié)點達到接收極限時，就會發(fā)出過載幀到總線上，顯然，過載標(biāo)志的6個連續(xù)顯性位會屏蔽掉總線上其它節(jié)點的發(fā)送，也就是說這個時候的接收節(jié)點通過發(fā)送過載幀的方式來破壞其它節(jié)點的發(fā)送，這樣在接收節(jié)點發(fā)送過載幀期間，其它節(jié)點就不能成功發(fā)送報文，于是就相當(dāng)于把其它節(jié)點的發(fā)送推遲了，也就是說接收節(jié)點在其發(fā)送過載幀的這段時間得以“休息”。有3種情況會引起過載幀：

接收節(jié)點自身原因。接收節(jié)點由于某種原因需要延遲接收下一個數(shù)據(jù)幀或者遙控幀。

在幀間隔的間歇段的第一位和第二位檢測到一個顯性位（正常的間歇段都是隱性位）。幀間隔的間隔段本應(yīng)是三個連續(xù)的隱性位，如果接收節(jié)點在間隔段檢測到顯性位，那么就意味著此時有報文發(fā)向接收節(jié)點，但這個時候是不應(yīng)該有報文發(fā)來的，于是接收節(jié)點發(fā)送過載幀。

CAN節(jié)點在錯誤界定符或過載界定符的第八位(最后一位)聽到一個顯性位0，節(jié)點會發(fā)送一個過載幀，且錯誤計數(shù)器不會增加。接收節(jié)點在錯誤界定符和過載界定符的最后一位聽到顯性位，也意味著有報文發(fā)向接收節(jié)點，但這個時候是不應(yīng)該有報文發(fā)來的，于是接收節(jié)點發(fā)送過載幀。 ? ?

2. 錯誤狀態(tài)

單元（節(jié)點）檢測到錯誤幀時，隨著錯誤的積累，單元會處于3種錯誤狀態(tài)的一種，即主動錯誤狀態(tài)，被動錯誤狀態(tài)或總線關(guān)閉態(tài)。

1）主動錯誤狀態(tài)：可以正常參加總線通信的狀態(tài)，處于主動錯誤狀態(tài)的單元檢測出錯誤時，輸出主動錯誤標(biāo)志。

2）被動錯誤狀態(tài)：是易引起錯誤的狀態(tài)。處于被動錯誤狀態(tài)的單元雖能參加總線通信，但為不妨礙其他單元通信，接收時不能積極地發(fā)送錯誤通知；處于被動錯誤狀態(tài)的單元即使檢測出錯誤，而其它處于主動錯誤狀態(tài)的單元如果沒發(fā)現(xiàn)錯誤，整個總線也被認(rèn)為是沒有錯誤的。處于被動錯誤狀態(tài)的單元檢測出錯誤時，輸出被動錯誤標(biāo)志。另外，處于被動錯誤狀態(tài)的單元不能馬上再次開始發(fā)送。在開始下次發(fā)送前，在間隔幀期間內(nèi)必須插入“延遲傳送”（8個位的隱性位）。

3）總線關(guān)閉態(tài)是不能參加總線上通信的狀態(tài)。信息的接收和發(fā)送均被禁止。 單元到底會處于以上3種錯誤狀態(tài)的哪一種，具體依靠發(fā)送錯誤計算和接收錯誤計數(shù)來管理，根據(jù)計數(shù)值決定進入何種狀態(tài)。錯誤狀態(tài)和計數(shù)值的關(guān)系如下表1和圖8所示。



表1，



圖8 單元的錯誤狀態(tài)

發(fā)送錯誤計數(shù)值和接收錯誤計數(shù)值根據(jù)一定的條件發(fā)送變化。錯誤計數(shù)值的變動條件如下表2，一次數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送可能同時滿足多個條件。錯誤計數(shù)器在錯誤標(biāo)志的第一個位出現(xiàn)的時間點上開始計數(shù)。



表2

當(dāng)出現(xiàn)總線關(guān)閉態(tài)時，將設(shè)置CAN控制器狀態(tài)為STOPPED，從而禁止讀或?qū)懣偩€的數(shù)據(jù)。

而在實際軟件開發(fā)過程中，其實一般也不關(guān)注上述錯誤狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)，以Infineon的TC系列芯片為例，節(jié)點狀態(tài)寄存器有一位存儲總線關(guān)閉態(tài)，如下圖9所示。


圖9 節(jié)點狀態(tài)寄存器的總線關(guān)閉態(tài)

3. 網(wǎng)絡(luò)模式


根據(jù)AUTOSAR的CAN狀態(tài)管理模塊的文檔可知，CAN狀態(tài)管理模塊內(nèi)部有3種網(wǎng)絡(luò)模式，分別是無通訊模式（COMM_NO_COMMUNICATION），靜默模式（COMM_SILENT_COMMUNICATION）和完全通訊模式（COMM_FULL_COMMUNICATION），它們之間切換關(guān)系如下圖10所示。




圖10 ?CanSM狀態(tài)機

關(guān)于上述狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)可參考[4]，這里不做具體解釋。若將上述各狀態(tài)再細化，以CANSM_BSM_S_FULLCOM為例，如下圖11所示。



圖11 子狀態(tài)機

通過上述2圖可知兩點：一是總線關(guān)閉態(tài)將如何影響網(wǎng)絡(luò)模式的跳轉(zhuǎn)，比如圖9種導(dǎo)致CANSM_BSM_S_FULLCOM跳轉(zhuǎn)到CANSM_BSM_S_SILENTCOM，進而到CANSM_BSM_S_SILENTCOM_BOR；二是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模式下將會根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件最終決定CAN控制器的狀態(tài)，比如圖10中跳轉(zhuǎn)到了S_RESTART_CC狀態(tài)，將設(shè)置CAN控制器狀態(tài)為CAN_CS_STARTED。 到此就介紹了關(guān)于總線信號錯誤引發(fā)的節(jié)點狀態(tài)變化，從而引起網(wǎng)絡(luò)模式變化而導(dǎo)致通訊無法進行的大致過程。通過前面文章的軟件實現(xiàn)介紹，可知本質(zhì)上還是最終通過更改CAN控制器狀態(tài)而使接收與發(fā)送禁止。 ? ?

審核編輯：劉清