CAN協(xié)議教程

介紹：CAN總線

CAN總線是廣播類型的總線。這意味著所有節(jié)點都可以偵聽到所有傳輸?shù)膱笪?。無法將報文單獨發(fā)送給指定節(jié)點；所有節(jié)點都將始終捕獲所有報文。但是，CAN硬件能夠提供本地過濾功能，讓每個節(jié)點對報文有選擇性地做出響應。

總線使用不歸零位填充。模塊以線與邏輯連接到總線：如果只有一個節(jié)點向總線傳輸邏輯0，那么不管有多少個節(jié)點向總線傳輸邏輯1，整個總線都處于邏輯0狀態(tài)。

CAN標準定義四種不同的報文類型。報文使用逐位仲裁智能方案來控制對總線的訪問，每條報文都帶有優(yōu)先級標記。

CAN標準還為錯誤處理和消除定義了詳細的方案，這在第9節(jié)“CAN錯誤處理”（第23頁）中有更詳細的說明。

在本教程第8頁討論位時序和時鐘同步。位時序計算器見此頁面，您可以用它來計算CAN總線參數(shù)和寄存器設置。

CAN可以使用不同的物理層來實現(xiàn)（第5頁），這里闡述其中一些。而且，可以使用許多不同種類的連接器。我們還為對報文細節(jié)感興趣的用戶提供了許多示波器圖片（第6頁）。

CAN報文（第1頁/共3頁）

CAN總線是廣播類型的總線。這意味著所有節(jié)點都可以偵聽到所有傳輸?shù)膱笪摹o法將報文單獨發(fā)送給指定節(jié)點；所有節(jié)點都將始終捕獲所有報文。但是CAN硬件能夠提供本地過濾功能，讓每個節(jié)點對報文有選擇性地做出響應。

CAN報文

CAN使用短報文 – 最大實用負載是94位。報文中沒有任何明確的地址；相反，可以認為報文是通過內容尋址，也就是說，報文的內容隱式地確定其地址。

報文類型

CAN總線上有四種不同的報文類型（或“幀”）：

數(shù)據(jù)幀

遠程幀

錯誤幀

過載幀

1. 數(shù)據(jù)幀

概要：“大家好，這是一些標簽為X的數(shù)據(jù)，希望滿足您的需要！”

數(shù)據(jù)幀是最常見的報文類型。由下列主要部分組成（出于簡潔性目的，忽略了一些細節(jié)）：

仲裁字段。當兩個或多個節(jié)點競爭總線時，確定報文的優(yōu)先級。仲裁字段包含：

對于CAN 2.0A，一個11位的標識符和一個支配數(shù)據(jù)幀的RTR位。

對于CAN 2.0B，一個29位的標識符（其中還包含兩個隱性位：SRR和IDE）和RTR位。

數(shù)據(jù)字段。包含0到8字節(jié)數(shù)據(jù)。

CRC字段。包含一個基于報文大部分數(shù)據(jù)計算得到的15位校驗和。校驗和用于錯誤檢測。

應答時隙。任何能夠正確接收報文的CAN控制器都會在每條報文的末尾發(fā)送一個應答位。傳送節(jié)點檢查應答位是否存在，如果沒有檢測到應答位，會重新發(fā)送報文。

注1：請注意，總線上存在應答位不表示任何目標地址已經(jīng)收到報文。唯一表示的是，總線上的一個或多個節(jié)點已經(jīng)正確收到報文。

注2：仲裁字段中的標識符不一定標識報文的內容，盡管其名字會讓人如此認為。

2. 遠程幀

概要：“大家好，有沒有人能夠生成標簽為X的數(shù)據(jù)？”

遠程幀與數(shù)據(jù)幀十分相似，但是有兩個重要的區(qū)別：

它被顯式標記為遠程幀（仲裁字段中的RTR位為隱性），并且

它沒有數(shù)據(jù)字段。

遠程幀的預期目的是征求傳輸相應的數(shù)據(jù)幀。例如，如果節(jié)點A傳輸一個仲裁字段設置為234的遠程幀，那么節(jié)點B（如果已經(jīng)正確初始化）可能通過一個仲裁字段也設置為234的數(shù)據(jù)幀進行響應。

遠程幀可以用來實現(xiàn)總線通信管理的請求-響應類型。但是，遠程幀在實踐中很少使用。還有一點值得注意的是，CAN標準沒有規(guī)定這里列出的特性。大部分CAN控制器都可以進行編程自動響應遠程幀或通知本地CPU。

關于遠程幀的一個注意事項：數(shù)據(jù)長度代碼必須設置成預期響應報文的長度。否則仲裁將不起作用。

有時據(jù)稱響應遠程幀的節(jié)點會在識別標識符后立即開始傳輸，從而“填充”空的遠程幀。但是事實并非如此

概要：“大家好（大聲），讓我們重新試一下”

簡單地說，錯誤幀是一種違背CAN報文幀規(guī)則的特殊報文。一個節(jié)點咋在檢測到故障時傳送錯誤幀，這將導致所有其它節(jié)點也檢測到故障，它們也將發(fā)送錯誤幀。然后傳送節(jié)點將自動嘗試重傳報文。有一種精準的錯誤計數(shù)器方案，可以確保節(jié)點無法通過重復傳輸錯誤幀來破壞總線通信。

錯誤幀包含一個錯誤標志。這個錯誤標志是6位長的相同值（因此違背位填充規(guī)則）和一個錯誤定界符（8個隱性位）。錯誤定界符提供一些空間，以便總線上其它節(jié)點在檢測到第一個錯誤標志時可以發(fā)送它們的錯誤標志。

錯誤幀圖示如下：

4. 過載幀

概要：“我是非常繁忙的小型82526，您可以稍等片刻嗎？”

這里，我們僅僅出于知識完整性目的而提及過載幀。在格式方面，過載幀與錯誤幀非常相似，并且由會變得重荷的節(jié)點傳送。過載幀并不常用，因為當今的CAN控制器會非常智能化地避免使用過載幀。事實上，會生成過載幀的唯一一種控制器是現(xiàn)在已經(jīng)過時的82526。

標準CAN和擴展CAN

最初，CAN標準把仲裁字段中標識符的長度定義為11位。后來，客戶的需求推動了該標準得延伸。新格式通常稱為擴展CAN，標識符不允許少于29位。為了區(qū)分這兩種幀類型，在控制字段中使用了一個保留位。

標準的正式名稱

是

2.0A，僅支持11位標識符

2.0B，支持完整的29位標識符（也可以混合使用11位標識符）的擴展版本。2.0B節(jié)點可以是

“2.0B主動型”，也就是說，它可以發(fā)送和接收擴展幀，或者

“2.0B被動型”，也就是說，它將靜默丟棄接收到的擴展幀（但是請參考下述內容）

1.x表示初始規(guī)范及其修訂版。

如今的新型CAN控制器通常是2.0B類型。1.x或2.0A類型的控制器如果接收到29個仲裁位的報文會很麻煩。2.0B被動型控制器容許這些報文，如果它們正確的話會進行應答，然后拋棄這些報文。2.0B主動型控制器既可傳送也可接收這些報文。

實現(xiàn)2.0B和2.0A（和1.x）的控制器相互兼容，并且可以在同一總線上使用它們，則只要實現(xiàn)2.0B的控制器不發(fā)送擴展幀即可！

有時候人們說標準CAN“優(yōu)于”擴展CAN，因為擴展CAN報文會產(chǎn)生更多的間接費用。這種說法未必正確。如果您使用仲裁字段來傳送數(shù)據(jù)，那么擴展CAN實際上的發(fā)生的間接費用可能比標準CAN少。CAN報文（第3頁/共3頁）

基本CAN和完整CAN

術語“基本CAN”和“完整CAN”源自CAN的初創(chuàng)年代。歷史上曾經(jīng)有Intel 82526 CAN控制器，它為程序員提供DPRAM型接口。然后出現(xiàn)了Philips 82C200 CAN控制器，它使用面向FIFO（隊列）的編程模型和有限制的過濾功能。為了區(qū)分這兩種編程模型，人們出于某些原因把Intel的模型稱為“完整CAN”，把Philips的模型稱為“基本CAN”。如今，大多數(shù)CAN控制器同時支持這兩種編程模型，所以沒有理由繼續(xù)使用術語“基本CAN”和“完整CAN”。事實上，這些術語可能會令人迷惑，應當盡量避免。

當然，“完整CAN”控制器可以和“基本CAN”進行通信，反之也可。不存在任何兼容性問題。

總線仲裁和報文優(yōu)先級

報文仲裁（兩個或多個CAN控制器協(xié)商確定誰使用總線的過程）對于數(shù)據(jù)傳送中真正可用的帶寬非常重要。

任何CAN控制器都可能在檢測到空閑總線時開始傳送數(shù)據(jù)。這可能會導致兩個或多個控制器（幾乎）同時開始傳送報文。通過下述方法解決這種沖突。傳送節(jié)點在發(fā)送報文時監(jiān)視總線。如果節(jié)點在自身發(fā)送隱性位時檢測到顯性位，它將立即退出仲裁過程并轉變成接收方。仲裁針對整個仲裁字段進行，當該字段已經(jīng)被發(fā)送時，總線上恰好只剩一個傳送節(jié)點。這個節(jié)點就像什么都沒發(fā)生那樣繼續(xù)傳送。其它潛在的傳送節(jié)點將在總線下次空閑時嘗試重傳它們的報文。仲裁過程不會消耗時間。

這種逐位仲裁成功的重要條件是兩個節(jié)點不會傳送相同的仲裁字段。這個規(guī)則有一個例外：如果報文不包含任何數(shù)據(jù)，那么任何節(jié)點都可傳送該報文。

因為總線采用線與邏輯，并且顯性位是邏輯0，所以包含數(shù)值最低仲裁字段的報文將贏得仲裁。

問：如果一個節(jié)點是總線上的唯一節(jié)點并且試圖進行傳送，會發(fā)生什么情況？

答：當然，節(jié)點將贏得仲裁并順利地進行報文傳送。但是，當進行應答的時候，沒有任何節(jié)點將在應答時隙（ACK時隙）發(fā)送顯性位，所以傳送節(jié)點將檢測到ACK錯誤，發(fā)送錯誤標志，將傳送錯誤計數(shù)器加8并開始重傳。這將發(fā)生16次。然后傳送節(jié)點將進入錯誤被動狀態(tài)。通過錯誤限制算法的特殊規(guī)則，如果節(jié)點為被動錯誤并且錯誤是ACK錯誤，則傳送錯誤計數(shù)器不再增加。所以節(jié)點將一直繼續(xù)傳送，至少要到有人應答報文。

報文尋址和標識

再次提醒，CAN報文中無顯式地址。每個CAN控制器都會檢查總線上的所有通信，并使用硬件過濾器和軟件的組合來確定是否對該報文“感興趣”。

事實上，CAN中沒有報文地址的概念。報文的內容由存在于報文中某處的標識符進行標識。CAN報文被稱為“內容尋址”的報文。

常規(guī)的報文地址類似于“這是發(fā)給節(jié)點X的報文”。而內容尋址的報文類似于“這是包含標簽為X的數(shù)據(jù)的報文”。這兩個概念之間的區(qū)別很小但是非常重要。

根據(jù)標準，仲裁字段的內容用來確定總線上報文的優(yōu)先級。所有CAN控制器還將在硬件過濾過程中使用整個（一些控制器將只使用一部分）仲裁字段作為主鍵。

標準沒有規(guī)定仲裁字段必須用作報文標識符。但是不管怎樣，這是一種常見情況。

標識符值注意事項

我們說過，標識符可以是11位（CAN 2.0A）或29位（CAN 2.0B）。這不完全正確。出于與某種老式CAN控制器（猜猜是哪種）兼容的原因，標識符不得把7個最高有效位都設置為1。所以，對于11位標識符，只剩下0到2031，29位標識符可以使用532676608個不同的值。

注意，所有其它CAN控制器都接受“非法”標識符，所以現(xiàn)代CAN系統(tǒng)標識符2032到2047可以自由使用。

CAN物理層

CAN總線

CAN總線使用不歸零（NRZ）的位填充。有兩種不同的信令狀態(tài)：顯性（邏輯0）和隱性（邏輯1）。這些信令狀態(tài)對應于所在物理層（存在幾種不同的物理層）的某種電平。模塊以線與邏輯連接到總線：哪怕只有一個節(jié)點發(fā)送邏輯0使得總線處于顯性狀態(tài)，那么不管有多少隱形狀態(tài)的節(jié)點傳送，則整個總線都處于顯性狀態(tài)。

不同的物理層

物理層定義總線上的電平和信令方案、纜線阻抗和類似的方面。

有幾種不同的物理層：

最常見的類型由CAN標準ISO11898-2部分定義的，它是雙線平衡信令方案。有時也稱為“高速CAN”。

同一個ISO標準的另一部分（ISO 11898-3）為低總線速度定義了另一種雙線平衡信令方案。它具有容錯能力，所以即使一條總線線纜斷開或對地短路或連接到備用電池，信號都可以繼續(xù)發(fā)出。有時也稱為“低速CAN”。

SAE J2411定義單線纜（當然加上接地）物理層。主要用在汽車中 – 例如GM-LAN。

還有幾種專有的物理層。

在沒有CAN驅動程序的早期，RS485修訂版。

有關報文的詳細信息，請轉到第6頁查看多個示波器圖片。

規(guī)則規(guī)定不同的物理層不能交互操作。某些組合可能在良好的條件下工作，或看上去可以工作。例如，在同一條總線上同時使用“高速”和“低速”收發(fā)器，有時可以工作。

大量CAN收發(fā)器芯片產(chǎn)自Philips；其它廠商包括Bosch、Infineon、Siliconix和Unitrode。

一種常見的收發(fā)器類型是82C250，它實現(xiàn)ISO 11898定義的物理層。82C251是一種改進的版本。

“低速CAN”的一種常見收發(fā)器是產(chǎn)自Philips的TJA1054。

最大總線速度

按照標準，CAN總線的最大速度是1 Mbps。然而，一些CAN控制器能夠處理比1Mbps更快的速度，可以在特殊應用場合中使用。

低速CAN（ISO 11898-3，參見上文）最快可以達到125 kbps。

單線CAN在標準模式下可高達約50kbps，并且如果使用特殊的高速模式，諸如用于ECU編程，可以高達約100kbps。

最小總線速度

注意，一些總線收發(fā)器不允許低于特定的比特率。例如，使用82C250或82C251時，低于10kbps不會有問題。但是，如果使用TJA1050，則不能低于大約50kbps。請查閱數(shù)據(jù)表。

最大線纜長度

如果速度為1Mbps，可以使用的最大線纜長度大約為40米（130英尺）。這是因為仲裁方案要求信號的峰值可以到達最遠的節(jié)點并且在位采樣之前再次返回。換言之，線纜長度受光速限制。曾有人提出提高光速，但是因為這會產(chǎn)生時空交錯而被駁回。

其它的最大線纜長度是（這些是近似值） –

100米（330英尺），比特率為500kbps

200米（650英尺），比特率為250kbps

500米（1600英尺），比特率為125kbps

6千米（20000英尺），比特率為10kbps

如果使用光耦合器來提供電隔離，那么最大總線長度會相應地減小。提示：使用快速光耦合器并通過設備查看延遲，而不是采用指定的最大比特率。

總線端接

ISO 11898 CAN總線必須進行端接。 通過在總線各端點使用120歐姆的電阻達到這個要求。端接可以達到兩個目的：

消除總線終端處的信號反射。

確?？偩€獲得正確的直流電電平。

不管速度快慢，ISO 11898 CAN總線始終都必須進行端接。我將重復這一點：不管速度快慢，ISO 11898 CAN總線始終都必須進行端接。對于實驗性工作，一個端接器可能就已足夠。如果沒有連接任何端接器，但是您的CAN總線仍然能夠正常工作，那么您只是比較幸運而已。

注意，其它物理層（例如“低速CAN”、單線纜CAN和其它物理層）不一定需要進行端接。但是您的常用高速ISO 11898 CAN總線總是需要至少一個端接器。

請參考這篇文章獲取關于CAN總線端接的更多信息。

線纜

ISO11898規(guī)定線纜阻抗標稱值為120歐姆，但允許[108-132]歐姆區(qū)間的阻抗。

現(xiàn)今市場上滿足這種要求的線纜并不多。允許的阻抗區(qū)間將來很有可能會擴大。

ISO 11898針對屏蔽或非屏蔽的雙絞線而定義。單線纜標準SAE J2411的相關工作正在進行之中。

CAN連接器

對于CAN總線連接器，根本沒有任何標準！通常，每種高層協(xié)議都會定義一種或一些首選的連接器類型。常見的類型包括

9針DSUB（由iCiA建議）。

DeviceNet和SDS使用的5針Mini-C和/或Micro-C連接器。

由CANHUG提出的用于移動液壓裝置的6針Deutch連接器。

參見第7頁中一些不同的連接器布局。

CAN示波器圖片

這是一幅來自最普通的ISO11898CAN總線的圖片，以1Mbps速率運行。收發(fā)器是82C251。也就是說，物理層是由ISO 11898指定的。

測量在CAN_H（CAN高位）和GND（接地）之間進行。注意，靜態(tài)和隱性總線電壓在2.5 V左右。傳送顯性位時，電壓升高到3.5V左右。

以下是同一個總線，但是測量在CAN_L（CAN低位）和GND（接地）之間進行：

這是另一個以125 kbps比特率發(fā)送的報文。報文的（11位）標識符是300（十六進制值為12c）。如果仔細察看，您應該能夠識別報文中前面的位

這是一幅更復雜的圖片。它顯示與上面例子相同的報文。仍然是11位標識符300，比特率仍然是125kbps，但是CAN總線上沒有端接。CAN線纜是短扁平帶狀線纜。

那么，發(fā)生了什么情況？這里，比特率是125kbps，所以一個位的時間是8微秒。

首先傳送節(jié)點發(fā)送一個起始位。這是一個邏輯’0′，也就是一個顯性電平。

然后傳送標識符。十進制300的十六進制值是12c，或者二進制表示是001 0010 1100。前兩個0會順利傳送。這解釋了圖片中看到的24微秒的顯性電平。

然后應該傳送一個’1′。但是因為總線沒有端接，所以斜率上升不是預期的結果。傳送節(jié)點現(xiàn)在將認為它在總線上看到的是’0′。

因為這種情況發(fā)生在仲裁階段，所以傳送節(jié)點將停止傳送，其認為有其它節(jié)點正在傳送?？偩€現(xiàn)在將變?yōu)殡[性狀態(tài)，因為實際上沒有節(jié)點在傳送。

在6個隱性位之后，傳送節(jié)點和接收節(jié)點都將檢測到填充錯誤，并開始進行錯誤處理。這時，已經(jīng)經(jīng)過了80微秒（一個起始位、兩個2個‘0’、一個誤解位和六個隱性位，總共10個位，等于80微秒）。

檢測到數(shù)據(jù)錯誤的所有節(jié)點現(xiàn)在將開始傳送一個錯誤幀。這種情況下，因為在捕獲到上方圖片之前產(chǎn)生了許多錯誤，錯誤幀為被動型，所以傳送節(jié)點是錯誤被動型。被動型錯誤幀和主動型錯誤幀相似，但是使用隱性電平進行傳送，所以在總線上不可見。

被動型錯誤幀持續(xù)6位的時間。

然后，所有節(jié)點等待8個隱性位的時長（稱為錯誤定界符）。

然后，所有節(jié)點等待3個隱性位的時長（稱為間歇）。

對以上時間求和，結果是1+6+6+8+3 = 24個隱性位 = 192微秒（如圖）

經(jīng)驗提示：始終端接CAN總線！反射不一定有害，但是損壞的邊緣形狀將破壞通信。

這里是同一個CAN總線在另一個時間刻度中的情況：

CAN總線大約2分米（8英寸）長。信號的下沖和振鈴均可見，但是在這種情況中無關緊要。這次，平緩的上升斜率是問題所在。

這里是相同的設置，但是這次傳送節(jié)點和接收節(jié)點都是錯誤主動型：

發(fā)生了什么情況？

如上圖所示，傳送了三個‘0’（花費24微秒），接下去的位被誤解，所以傳送器認為它已經(jīng)失去仲裁。

傳送節(jié)點等待6位，然后檢測到一個填充錯誤。誤解的位和這6個位花費56微秒。

傳送節(jié)點和接收節(jié)點現(xiàn)在開始傳送錯誤幀。它是6個顯性位（48微秒）。

傳送錯誤幀的節(jié)點現(xiàn)在等待8個隱性位。但是，因為上升斜率不對，第一個位被誤解。節(jié)點將認為這是另一個節(jié)點在傳送錯誤幀，所以將忽略它。

當總線回到隱性電平時，所有節(jié)點等待8位。

然后是3個隱性位的間歇。

3+9 = 12個位 = 96微秒（如圖中所示）。

然后，傳送節(jié)點重新嘗試并得到相同的結果。一段時間以后，傳送節(jié)點進入錯誤被動型狀態(tài)，并將如前所述那樣運行。

這里是另一幅圖片。在此設置中，CAN總線上只有一個節(jié)點（正確端接）。該節(jié)點試圖傳送一條報文，但是沒有其它節(jié)點在偵聽。

那么，會發(fā)生什么情況？

首先，傳送節(jié)點發(fā)送整個報文。

傳送節(jié)點期望在ACK時隙中填充一個顯性電平。但是，因為沒有其它節(jié)點在偵聽，沒有任何ACK到達，所以傳送節(jié)點檢測到一個應答錯誤。

然后傳送器傳送一個被動型錯誤標志（上圖中，嘗試發(fā)送了幾秒鐘，所以不再是錯誤主動型，而是被動型）。

被動型錯誤標志后面跟隨一個錯誤定界符和間歇。

因為這個節(jié)點嘗試發(fā)送一個報文但是操作失敗，它必須再等待8位才能開始新的傳送。這種情況在CAN規(guī)范中稱為“掛起傳送”。

傳送節(jié)點還必須將其傳送錯誤計數(shù)加8。但是，這是CAN規(guī)范中的特殊情況，只有當傳送節(jié)點是錯誤主動型時才會發(fā)生。當傳送節(jié)點進入錯誤被動型時，它不會增加其傳送節(jié)點錯誤計數(shù)（這種情況中），而是會不斷重試傳送。

所以，上圖表示，一條報文被傳送，然后短暫停頓（時間為錯誤標志、錯誤定界符、間歇和掛起傳送的總和）。然后報文被不斷重傳……

CAN連接器

9針DSUB

CiA推薦使用這種連接器布局，是事實上的工業(yè)標準。

?

1	–	保留位
2	CAN_L（CAN低位）	CAN_L總線線路（顯性低位）
3	CAN_GND（CAN接地）	CAN接地
4	–	保留位
5	CAN_SHLD（CAN屏蔽）	可選 CAN屏蔽
6	GND（接地）	可選 CAN接地
7	CAN_H（CAN高位）	CAN_H總線線路（顯性高位）
8	–	保留位（錯誤行）
9	CAN_V+（CAN電源）	可選 電源

KVASER用戶：請注意，文檔“LAPcan硬件指南”中闡述了如何在KVASER DRVcan驅動器線纜上使用這些引腳，可以在此該文檔。

如果如果供電，電壓范圍應該為+7至+13 V，額定電流為100 mA。模塊提供一個公接頭，內部必須連接引腳3和6。

引腳編號適用于接頭側視圖的公接頭或焊接側視圖的母接頭。為了方便記住引腳編號，可留意CAN_LOW的引腳號小，而CAN_HIGH的引腳號大。

5針迷你C型接頭

DeviceNet和SDS都使用這種接頭，并且這兩種協(xié)議碰巧兼容。

?

引腳	功能	DeviceNet顏色
1	信號輸出	無顏色
2	V+	紅色
3	V-	黑色
4	CAN_H	白色
5	CAN_L	藍色

模塊含公接頭。輸入電壓為24V+/-1%。

注意：在DeviceNet規(guī)范版本1.x中，圖9.13中母接頭的編號順序錯誤。規(guī)范2.0及后續(xù)版本的編號順序正確。

6針德馳DT04-6P

CANHUG建議用在移動液壓應用場合中。

模塊端為公接頭，總線端為母接頭。對于輸入電壓，目前沒有建議的值。

?

引腳	功能	建議的線纜顏色
1	電源負極	黑色
2	CAN_H	白色
3	可選 – 信號接地	黃色
4	可選 – 啟動	灰色
5	電源正極	紅色
6	CAN_L	藍色

CAN位時序

位布局

出于時序目的，CAN總線上的每個位都劃分成至少4個時間份額。時間份額邏輯上劃分成四個組或段-

同步段

傳播段

相位段1

相位段2

以下是CAN數(shù)據(jù)位的圖片：

輔助工具

位時序計算器

指定輸入頻率和總線速度計算所有可能的CAN總線參數(shù)集

同步段始終是一個時間份額長，用于時鐘同步?？偩€上的數(shù)據(jù)改變時，預計會出現(xiàn)一個位邊沿。

傳播段用來補償總線線路中的延遲。

如有必要，相位段可以縮短（相位段1）或延長（相位段2），以保持時鐘同步。

在相位段1和相位段2之間的邊沿上對總線電平進行采樣。

大部分CAN控制器還提供選項可以在一個位期間進行三次采樣。這種情況中，在采樣點之前的兩個時間份額的邊沿上進行采樣，擇多譯碼（至少82527是這樣）。

時鐘同步

為了調整片上總線時鐘，CAN控制器可以將位的長度縮短或延長整數(shù)倍個時間份額。這些位時間調整的最大值稱為同步跳變寬度（SJW）。

硬同步在起始位從隱性到顯性轉換時產(chǎn)生。位時間從該邊沿重新開始。

重新同步是在報文的同步段中不發(fā)生位邊沿時產(chǎn)生。一個相位段被縮短或延長，其縮短值或延長值取決于信號中的相位誤差?？梢允褂玫淖畲笾涤赏教儗挾葏?shù)決定。

位時序寄存器計算

大部分CAN控制器允許程序員使用下列參數(shù)設置位時序：

時鐘預分頻器值

采樣點前的時間份額數(shù)

采樣點后的時間份額數(shù)

同步跳變寬度（SJW）中的時間份額數(shù)

通常為此提供兩個寄存器：btr0和btr1。但是，不同控制器之間略有差異，因此請仔細閱讀數(shù)據(jù)表。

恩智浦（恩飛公司）82c200和SJA1000的寄存器布局如下：

?

?	7	6	5	4	3	2	1	0
btr0	SJW1	SJW0	BRP5	BRP4	BRP3	BRP2	BRP1	BRP0
btr1	SAM	TSEG22	TSEG21	TSEG20	TSEG13	TSEG12	TSEG11	TSEG10

BRP0..BRP5設置時鐘預分頻器值

SJW0..SJW1設置SJW的長度

TSEG10..TSEG13設置采樣點前的時間份額數(shù)（不包含起始位）

TSEG20..TSEG22設置采樣點后的時間份額數(shù)

如果要獲取三個樣本，則SAM設置為1，如果一個樣本就已足夠，則設置為0。

注意：這些參數(shù)的實際值比寫入寄存器的值大1。

示例：如果提供給SJA1000的振蕩器信號是16MHz，我們想要250kbps的比特率，采樣點接近整個位的62%，以及SJW為2個時間份額，那么我們可以設置 –

BRP = 4，指定時間份額長度為2 * 4 / 16000000 s = 500納秒，以及

TSEG1 = 5，指定采樣點之前有5個時間份額，以及

TSEG2 = 3，指定采樣點之后有3個時間份額。

這樣，每個位都將包含5 + 3 = 8個時間份額，最終的比特率為1 / (8 * 500 ns) = 250 kbps。寄存器值應該為

?

btr0 =	(SJW – 1) * 64 + (BRP -1) = (2-1)*64 + (4-1) = 67 = 0×43
btr1 =	SAM * 128 + (TSEG2 – 1)* 16 + (TSEG1 – 1) = 0*128 + (3-1)*16 + (4-1) =?(“4″ 因為不包含起始位) 35 = 0×23

采樣點為位的5/8=62.5%。

CAN錯誤處理

CAN怎樣處理錯誤

錯誤處理內建在CAN協(xié)議中，對CAN系統(tǒng)的運行十分重要。錯誤處理的目標是檢測CAN總線上出現(xiàn)的報文中的錯誤，從而傳送器可以重傳出錯的報文?？偩€上的每個CAN控制器都會嘗試檢測報文中的錯誤。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點將傳送一個錯誤標志，從而中斷總線通信。其它節(jié)點將檢測錯誤標志導致的錯誤（如果它們尚未檢測到初始錯誤）并采取合適的措施（例如丟棄當前報文）。

每個節(jié)點維護兩個錯誤計數(shù)器：傳送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器。有幾個規(guī)則規(guī)定這些計數(shù)器怎樣增加和/或減少計數(shù)。總的來講，檢測到故障的傳送器增加其傳送錯誤計數(shù)器比偵聽節(jié)點增加其接收錯誤計數(shù)器要快。這是因為，很有可能是傳送器發(fā)生了故障！當任何錯誤計數(shù)器增加到超過某個值時，節(jié)點將首先進入“錯誤被動”，也就是說，它在檢測到錯誤時不會積極地阻止總線通信，然后“離開總線”，這意味著節(jié)點根本不參與總線通信。

使用錯誤計數(shù)器，CAN節(jié)點不但可以檢測故障，而且可以執(zhí)行錯誤限制。

錯誤檢測機制

CAN協(xié)議定義了五種以上不同的方法來檢測錯誤。其中兩種工作在位層次，另外三種工作在報文層次。

位監(jiān)視

位填充

幀檢查

應答檢查

循環(huán)冗余檢查

1. 位監(jiān)視

CAN總線上的每個傳送器都會監(jiān)視（也就是回讀）傳送的信號電平。如果真正讀到的位電平與傳送的位電平不同，會發(fā)出信號指示位錯誤（仲裁過程中不會發(fā)出位錯誤）。

2. 位填充

節(jié)點連續(xù)發(fā)送五個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相反電平的位。接收方將刪除這個額外的位。這樣做是為了避免總線上出現(xiàn)過度的直流電成分，但它同時也給予了接收方檢測錯誤的額外機會：如果總線上出現(xiàn)五個以上相同電平的連續(xù)位，會發(fā)出信號指示填充錯誤。

3. 幀檢查

CAN報文的一些部分具有固定的格式，也就是說，標準明確定義了何種電平和何時出現(xiàn)這種電平（CRC定界符、ACK定界符、幀結束以及間歇，但是間歇還有一些另外的特殊錯誤檢查規(guī)則）。如果一個CAN控制器在這些固定字段中的一個中檢測到無效值，將發(fā)出組成錯誤。

4. 應答檢查

總線上正確接收報文的所有節(jié)點（不管這些節(jié)點是否對報文內容“感興趣”）預期將在報文中所謂的應答時隙中發(fā)送一個顯性電平。這是，發(fā)送方將發(fā)送一個隱性電平。如果發(fā)送方無法在應答時隙中檢測到顯性電平，會發(fā)出應答錯誤的信號。

5. 循環(huán)冗余檢查

每個報文都包含一個15位的循環(huán)冗余校驗和（CRC）。節(jié)點如果在報文中檢測到與自己計算所得不同的CRC，將發(fā)出CRC錯誤的信號。

錯誤限制機制

總線上的每個CAN控制器都將在每個報文中嘗試檢測以上列出的錯誤。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點將發(fā)送一個錯誤標志，從而停止總線通信。其它節(jié)點將檢測到由錯誤標志引發(fā)的錯誤（如果它們尚未檢測到原始錯誤）并采取恰當?shù)拇胧ㄒ簿褪莵G棄當前報文）。

每個節(jié)點維護兩個錯誤計數(shù)器：傳送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器。有幾個規(guī)則規(guī)定這些計數(shù)器怎樣增加和/或減少計數(shù)。總的來講，檢測到故障的傳送器增加其傳送錯誤計數(shù)器比偵聽節(jié)點增加其接收錯誤計數(shù)器要快。這是因為很有可能是傳送器發(fā)生了故障！

節(jié)點開始時處于主動錯誤模式。當兩個錯誤計數(shù)器中的任何一個的計數(shù)超過127時，當兩個錯誤計數(shù)器中的任何一個計數(shù)超過127時，節(jié)點將進入稱為被動錯誤的狀態(tài)。當傳送錯誤計數(shù)器達到255以上時，節(jié)點將進入總線離線狀態(tài)。

主動錯誤節(jié)點將在檢測到錯誤時發(fā)送主動錯誤標志。

被動錯誤節(jié)點將在檢測到錯誤時發(fā)送被動錯誤標志。

總線離線節(jié)點不會在總線上傳送任何內容。

增加和減少錯誤計數(shù)器的規(guī)則略顯復雜，但是原理比較簡單：傳送錯誤的步進為8個錯誤點數(shù)，而接收錯誤的步進為1個錯誤點數(shù)。正確傳送和/或接收的報文會減小計數(shù)器值。

示例（稍加簡化）：假設總線上的節(jié)點A運氣不好。不管什么時候A發(fā)送報文都發(fā)生失?。ㄓ捎诜N種原因）。每次失敗時，它的傳送錯誤計數(shù)器增加8并發(fā)送主動錯誤標志。然后它將嘗試重傳報文，但是一直失敗。

當傳送錯誤計數(shù)器超過127時（也就是在16次嘗試之后），節(jié)點A進入被動錯誤模式。區(qū)別在于，它現(xiàn)在將在總線上傳送被動錯誤標志。被動錯誤標志包含6個隱性位，不會影響其它的總線通信，所以其它節(jié)點不會偵聽到有關總線錯誤的反饋。但是，A繼續(xù)增加其傳送錯誤計數(shù)器。當計數(shù)值超過255時，節(jié)點A最終放棄傳送并進入總線離線模式。

其它節(jié)點怎樣響應節(jié)點A？對于A傳送的每個主動錯誤標志，其它節(jié)點將為其接收錯誤計數(shù)器增加1。當A進入總線離線狀態(tài)時，其它節(jié)點的接收錯誤計數(shù)器的計數(shù)大大低于錯誤被動的限制值（127）。每次正確收到一條報文，這個計數(shù)值將減1。但是，節(jié)點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（和相應的中斷）：

“錯誤警告” – 一個或兩個錯誤計數(shù)器的計數(shù)超過96

“總線離線”，如上所述。

一些控制器（但不是所有）還為被動錯誤狀態(tài)提供一個位。一些控制器還可以直接訪問錯誤計數(shù)器。

CAN控制器在發(fā)生錯誤時自動重傳報文的特性有時候會很煩人。市場上至少有一種控制器（飛利浦公司生產(chǎn)的SJA1000）允許對錯誤處理完全人工控制。

總線故障模式

ISO 11898標準列出了CAN總線線纜的幾種故障模式：

CAN_H中斷

CAN_L中斷

CAN_H短路到電池電壓

CAN_L短路到接地

CAN_H短路到接地

CAN_L短路到電池電壓

CAN_L短路到CAN_H線路

CAN_H和CAN_L在同一個位置中斷

丟失到終端網(wǎng)絡的連接

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

實踐中，使用82C250類型收發(fā)器的CAN系統(tǒng)無法在發(fā)生故障1-7時繼續(xù)工作，在發(fā)生故障8-9時可能無法繼續(xù)工作。

但是，存在諸如TJA1053等容錯能力強的驅動程序可以處理所有故障。通常，獲得這種容錯能力的代價是最大速度受到限制。對于TJA1053，最大速度是125kbps。

高層協(xié)議

CAN標準定義的是硬件（物理層 – 有幾種）和通信的基本層面（數(shù)據(jù)鏈路層）。CAN協(xié)議本身只規(guī)定如何使用共享的通信介質將小型數(shù)據(jù)包從A點傳輸?shù)紹點。為了管理系統(tǒng)中的通信，需要一種高層協(xié)議（HLP）。

高層協(xié)議包括常見的標準，例如J1939、CANopen和CCP/XCP等。