CAN总线学习-1

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
    在这里插入图片描述
    (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。
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述
    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)

所以NBT=8个Tq的长度中需要有4个Tq用于补偿传播延迟,于是还剩下4个Tq,
SS同步段长度固定占据1个Tq,还剩3个Tq,于是PBS1分配一个Tq,PBS2分配2个Tq。

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