CAN学习笔记

以下内容为自己学习笔记。

1. CAN优点

①节点间采用多主通信模式；
②采用短帧结构，有效字节数最多8个，可达汽车实时响应要求；
③具有非破坏性总线仲裁处理机制，根据报文ID判断（ID值越小，优先级越高）
含义：优先级低的暂停发送数据，优先级高的发完后，在开始发，若总线上在传输数据， 等待发送完毕后，在开始发送数据。
④具有可靠的CRC校验方式，传输错误率极低，满足汽车数据传输的可靠性要求；
⑤仲裁失败后，会触发自动重发；
⑥节点出现错误，具有自动脱离总线的功能，不影响总线的正常工作；
⑦通信距离最大10km（速率5kbps以下），通信速率最大1MB/s（距离最长40m）；
⑧节点数实际可达110个；
⑨CAN节点设计成本较低，通信介质采用双绞线，差分信号传输数据。

2. CAN物理层

根据传输速度分为高速CAN、低速容错CAN，汽车总线上还有LIN总线，三者对比可以参考以下s网站。https://blog.youkuaiyun.com/DP29syM41zyGndVF/article/details/110297485

2.1 高速CAN

1、总线电压
数字信号1、0分别对应隐性、显性（“显0隐1”），当CAN_H、CAN_L
都为2.5V无差压 呈隐性
为3.5V、1.5V，具有2V差压，呈显性

传输数据的介质和信号：采用双绞线的差分信号，可以有效的解决传输信号时收到的共模干扰。

2、拓扑结构

其中干线长度max=40m的原因是因为传输速率决定。
①CAN最长通信距离：10km，传输速率5kbps以下
②CAN通信速率最大：1MB/s，距离最长40m（一般汽车上都在这个范围内）

终端电阻RL在（100~130Ω）范围内，一般都取典型值120Ω ，一般放在CAN总线的两个端点上（放在其他地方效果不好）

终端电阻主要意义（参考：http://news.21dianyuan.com/detail/40553.html）
①可以确保电平快速进入隐性状态；
②提升信号质量。 （减少能量反射，进而减小振铃）
若不处理会造成：信号串扰、信息丢失、总线紊乱的后果

2.2 低速容错CAN

1、总线电压

2、拓扑结构
分为总线型和星型。

2.3 两者对比

备注：低速容错CAN的CAN_H、CAN_L总线电压，两者资料不一值，上面对比图为2010资料，以总线电压以下表为准。

2.4 CAN编码方式

采用 NRZ（非归零编码），相同带宽情况下，NRZ编码方式的信息量更大。

2.5 通信方式

CAN采用异步串行通信，相对于同步串行通信来说少了一根数据线，直接利用波特率采样来读数数据，但是会因为波特率误差，会产生读数数据错误。如下图所示。

如何解决波特率误差带来的通信错误？
答：在信号的跳变沿时刻进行同步，将误差累计限制在
两个跳变沿。

当发送数据出现很多0或者1是，采集不到跳边，如果解决？
答：采用填充位在连续5个相同位后插入一个相反位，产生跳变沿，用于同步。（5个位是测试后适合的长度）

2.6 CAN采样点

2.7 同步

分硬同步和重同步两类，分别作用如下：

3. CAN数据链路层

相关缩写名称

3.1 CAN报文帧种类与帧格式

3.1.1 报文帧种类

3.1.2 数据帧结构（用的最多）
① 帧起始（SOF）：由一个显性位组成。
仅在总线空闲的时候发送，用于其它接收节点从这个帧起始位进行同步。
②仲裁段

IDE位
显性（0）：标准帧（11位ID），位于控制段中；
隐性（1）：扩展帧（29位ID），位于仲裁段中；
这里ID号其实就是设置模块的优先级，值越低，优先级越高，用于仲裁。同为标准/扩展格式时，ID号不能设置一样。
RTR位
显性（0）：数据帧；
隐性（1）：远程帧；
SRR位：无实际意义，永远为1，意味着，仲裁时，标准帧的优先级高于控制帧
总结
RTR：保证数据帧优先级高于遥控帧；
SRR ：保证标准数据帧的优先级高于扩展数据帧。
IDE ：保证标准遥控帧的优先级高于扩展遥控帧。

③控制段

r1、r0位：保留位，总为0
DLC：数据段长度码，共4bit，DLC=0~7，当DLC=8-15，都代表8个字节（原因是CAN报文最长8个字节）
④数据段
传输bit0~bit7，注意，传输时首先发送一个字节的MSB（最高位）
⑤CRC段

根据前4段数据计算一个CRC，与接收（发送端）到的CRC值比较，判断发送数据是否有意义，最后加一个固定的CRC界定符（固定为隐性电平）。
⑥ACK端
主要判断数据发送完毕后，总线是否为显性电平。

⑦帧结束（EOF）
由7个连续的隐性位组成。
⑧帧间隔ITM（不算数据帧内容）

由三个连续的隐性位组成。
总线空闲判断：检测到11个连续的隐性位（一个ACK界定符+帧结束7个+帧间隔3个）后，表示总线空闲。

⑨备注
我们分析的是固定格式，实际中是可能存在填充位的。

3.2 CAN总线竞争与仲裁机制

工作原理：发送数据同时读取总线数据，两者数据做比较。具体工作原理如下图。

下图为仲裁流程

3.3 CAN节点状态与错误处理机制

1、错误类型，大致有以下5种。

2、错误检测区域

3、错误帧
主动错误发送：6个连续显性电平（错误标志）+8个连续隐性电平（错误界定符）
被动错误发送：6个连续隐性电平（错误标志）+8个连续隐性电平（错误界定符）
4、节点状态

具体执行流程

疑问：“7”处如果TEC>8，TEC加多少呢？ 待解决