改善錯幀漏檢率的方法 - CAN協(xié)議的錯幀漏檢率推導(dǎo)及改進(jìn)過程簡介

　　3 改善錯幀漏檢率的方法

　　在本文的分析中可以見到，由于填充位規(guī)則需要收發(fā)同步執(zhí)行，不同步時會極大干擾CRC校驗，例如CRC校驗本來可以將所有奇數(shù)個錯檢測出的，小于5位的多 bit錯是可以檢測出的，但只要有了成對的填充位錯位，增加的奇數(shù)個錯也可以是漏檢的，增加的多bit錯也可以是漏檢的，如圖4所示。

　　圖4 有多位錯的例子

　　漏檢錯的根源是CAN的CRC在執(zhí)行填充位規(guī)則前生成，最根本的解決辦法是像參考文獻(xiàn)［3］指出的那樣，要把CRC校驗放在執(zhí)行填充位規(guī)則之后。但是這樣作就會根本修改CAN協(xié)議，在已經(jīng)大量應(yīng)用的情況下如何作到的改進(jìn)前后的兼容性是個艱難的課題。作為局部的改正，參考文獻(xiàn)建議加附加的檢驗。在數(shù)據(jù)域添加一個新的不同的CRC檢驗時，根據(jù)本文的分析方法，當(dāng)誤差多項式Ec是這個新CRC和CAN的CRC的公倍數(shù)時，仍然可以構(gòu)造出漏檢的實例，并計算出新條件下的漏檢錯幀概率。例如采用8位的DARC?8生成多項式x8+x5+x4+x3+1，它不含x+1因子，所以與CAN生成多項式的最小公倍數(shù)構(gòu)成的漏錯多項式Ec將有24階，此時如2.5節(jié)所分析的那樣，總幀數(shù)將增大28倍，而漏檢幀數(shù)不變，漏檢率就減少28。但是這種方法的缺點是不能實現(xiàn)自動報錯，無法使節(jié)點間取得數(shù)據(jù)的一致性：有局部錯的節(jié)點在添加上述措施后在收完幀后才能發(fā)現(xiàn)錯，已無法要其他節(jié)點也丟棄該幀并要求自動重發(fā)。

　　本文建議采用7b/8b的編碼辦法，犧牲一些帶寬，換取錯幀漏檢的避免。具體做法是在8b代碼中選取不會發(fā)生填充位條件的部分，供原來7b編碼使用。

　　其他的編碼辦法也是可行的，類似7b/8b的還有6b/7b、5b/6b、4b/5b，它們的區(qū)別是軟件實現(xiàn)時的復(fù)雜程度以及開銷占用數(shù)據(jù)域的多少，當(dāng)用7b/8b時CAN可以每幀送7字節(jié)數(shù)據(jù)，而用4b/5b時每幀只能送6字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　在附加數(shù)據(jù)域的軟件補丁后，若發(fā)生在ID域和CRC域的填充位規(guī)則只有單邊執(zhí)行情況時，夾在它們中間的控制域就會左移或右移，幀長就會變大或變小。幀長的單位是1字節(jié)，它會使CRC域移入EOF域，CRC最多連續(xù)5位相同，就破壞了EOF的格式，或者EOF域移入CRC域，EOF的連續(xù)8位破壞了CRC的填充格式，所以此時單邊執(zhí)行填充位規(guī)則的錯的后果是能被發(fā)現(xiàn)的。也就是說加軟件補丁后不再有錯幀漏檢可能。

　　如果可疑Tx只發(fā)生在ID域，由于Tx有一個最短長度，相應(yīng)于Ec，t= x3+x+1，這個長度是3+15+6=24位，所以對CAN2.0B的29位ID可能會出錯，那么產(chǎn)生的后果就是接收節(jié)點收到的ID有錯，這是一種假冒錯（Masquerade）。在參考文獻(xiàn)中提到了CAN防止假冒錯的方法，實際上將ID分為二部分，一部分是一個附加的CRC，只要這個CRC生成多項式與CAN的不同，就不會產(chǎn)生假冒ID通過接收濾的可能。

　　4 小結(jié)

　　CAN的錯幀漏檢率對應(yīng)用的可靠性有非常大的影響，本文發(fā)現(xiàn)了可能出錯漏檢的可疑幀重構(gòu)的方法，從而求出的錯幀漏檢率高于Bosch提供的數(shù)據(jù)幾個數(shù)量級。對于已經(jīng)在應(yīng)用的大量可靠性要求高的系統(tǒng)，迫且需要應(yīng)對的方案，2007年CAN芯片1年的出貨量為6億，可見影響之廣。本文提出了對數(shù)據(jù)添加 7b/8b編碼/譯碼的中間軟件補丁的方法。這種方法在犧牲部分帶寬，增加一些個復(fù)雜性的付出后，根本上解決了填充規(guī)則對CRC檢驗的干擾，使CAN的錯幀漏檢率回到與一般通信協(xié)議中CRC檢驗同等的水平。數(shù)據(jù)域犧牲的帶寬為8 bit，相對可能出現(xiàn)16 bit填充位而言，這算不了什么，而且減少了送達(dá)時間的抖動，可說是有好處的。不利之處是編碼/譯碼需要的時間與空間。

　　這個方法也可以在將來加入到芯片中去，利用CAN的保留位，識別有無7b/8b編碼/譯碼功能，從而實現(xiàn)與原有CAN2.0的兼容。有7b/8b編碼/譯碼功能時，需要的7b/8b編碼/譯碼、字長圓整以及幀長修正均可由硬件自動完成。