CAN总线位定时详解-优快云博客

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CAN总线学习-1

最近开始学习CAN，希望每天能够做些笔记，有所积累。本文基于weixin_40528417博主的内容。

1 位定时
1.1 位速率
-位速率:又叫做比特率（bit rata）、信息传输率，表示的是单位时间内，总线上传输的信息量，即每秒能够传输的二进制位的数量，单位是bit per second。
1.2 位时间
1.2.1 位时间定义
-位时间：表示的是一个二进制位在总线上传输时所需要的时间。

 位速率=1/位时间

首先先了解两个时钟的概念：晶振时钟周期和CAN时钟周期

晶振时钟周期：由振荡器的晶振频率决定的，是振荡器每震荡一次所消耗的时间，也是整个系统中最小的时间单位。
CAN时钟周期：CAN时钟是由系统时钟分频而来的一个时间值，实际上就是一个Tq。可以按照下面的公式计算
CAN时钟周期=2×晶振时钟周期×BRP(baudrate prescaler)
下面图片SS+PS+PBS1+PBS2 = tBit

1.2.2 位时间分布
如上面所述：一个CAN的最小的时间单位是Tq。
位时间主要分成4段：同步段，传播段，相位缓冲段1，相位缓冲段2，总共8-25个Tq。
在这里插入图片描述

1）同步段（Synchronization Segment）：
长度固定，1个时间量子Tq；
一个位的传输从同步段开始；
同步段用于同步总线上的各个节点，一个位的跳边沿在此时间段内。
2）传播段（Propagation Segment）：
传播段用于补偿报文在总线和节点上传输时所产生的时间延迟；
传播段时长 ≥ 2 × 报文在总线和节点上传输时产生的时间延迟；
传播段时长可编程（1~8个时间量子Tq）。
3）相位缓冲段1（Phase Buffer Segment1）：
用于补偿节点间的晶振误差；
允许通过重同步对该段加长；
在这个时间段的末端进行总线状态的采样；
长度可编程（1~8Tq）
4）相位缓冲段2（Phase Buffer Segment2）：
用于补偿节点间的晶振误差；
允许通过重同步对该段缩短；
长度可编程（1~8个时间量子Tq）
5） 采样点（Sample Point）
采样点一般位于相位缓冲段1之后，采样点是读取总线电平，并解释各位的值的一个时间点，采样点对CAN总线来说也非常重要，尤其在组网的时候，多个节点尽量保持同一个采样点，且最好在但不超过7/8位时间点上。

2. CAN的同步机制
在CAN通信中，有两种同步机制：硬同步与重同步
2.1 同步的规则

一个位时间内只允许一种同步方式，要么硬同步要么重同步；
任何一个从“隐性”到“显性”的下降沿都可以用于同步；
硬同步发生在报文的SOF位（ SOF指帧起始：数据帧开始的段），所有接收节点调整各自当前位的同步段，使其位于发送的SOF位内；
重同步发生在一个报文SOF位之外的其它段，当下降沿落在了同步段之外时发生重同步；
在SOF到仲裁场发送的时间段内，如果有多个节点同时发送报文，那么这些发送节点对跳变沿不进行重同步
2.2 硬同步
硬同步发生在SOF位，所有接收节点调整各自当前位的同步段，调整宽度不限

（1）发送节点Node_A在发送SOF位时，SOF位的下降沿在SS段；
（2）这个时候接收节点Node_B发现自己当前位的SS段和发送节点SOF位的SS段不同步。也就是说当Node_A产生SOF位SS段时，Node_B的当前位的SS段已经在5个Tq之前产生了；
（3）于是接收节点Node_B强行将自己当前位的SS段拉到与SOF位的SS段同步。
2.3 重同步
重同步发生在一个报文SOF位之外的其它位场内，当接收节点Node_B当前位的下降沿落在了发送节点Node_A当前位的同步段之外时发生重同步。
重同步会导致相位缓冲段1的延长或者相位缓冲段2的缩短，从而保证采样点的准确。

如上图所示：
（1）发送节点Node_A比接收节点Node_B的时间慢了，也就是说Node_A当前位的ss段产生的时候，Node_B 当前位的ss段已经在2个Tq之前产生了；
（2）所以这个时候接收节点Node_B就将PBS1延长2个Tq的时间；
（3）于是这个时候Node_A当前位的采样点就和Node_B的采样点同步了。
2.3.2 PBS2缩短
发的早（快），收的晚（慢），导致PBS2缩短。

如上图所示：
（1）发送节点Node_A当前位的SS段诞生2Tq时长之后，接收节点Node_B的当前位才产生SS段；
（2）于是，接收节点Node_B当前位的PBS2段缩短，
（3）这样就会导致接收节点Node_B的下一位能够提前2个Tq，从而Node_B的下一位采样点和Node_A下一位的采样点能够同步。
2.3.3 同步跳转宽度
在重同步时，有个同步跳转宽度（SJW，Synchro Jump Width）的概念，表示的是PBS1和PBS2重同步时允许跳转的最大宽度。
同步跳转宽度必须满足以下几个条件：
SJW必须小于PBS1和PBS2的最小值
SJW最大值不能超过4
3. 例子
以下面的例子来讲述位定时参数的确定方法：
MCU晶振16MHz，位速率1Mbps，总线长度20m，单位总线延迟5ns/m，物理接口的发送接收延迟150ns
晶振时钟周期：T=1s/16MHz = 62.5ns
位时间：tBit = 1/1Mbps = 1000ns
BPR和NBT：考虑到 T = 125ns，tBit = 1000ns，所以BPR(预分频值)只能取值为1，才能满足NBT∈[8,25],于是预分频数BPR=1（62.528=1000）；
CAN时钟周期Tq = 2 × 62.5 × 1 = 125ns（通过2×晶振时钟周期×BRP）
NBT = 8(NBT 表示的是一个位时间tBit内包含Tq的个数)