CAN总线位同步(三)

CAN总线位同步

挂载在CAN总线上的所有设备，初始都默认为接收方，当某一个设备想要广播自己的数据时，它就会主动出击，变成发送方，拉开或释放总线，使总线产生这样一段波形。这时，其他的所有接收方该如何准确地采样，得到每一个数据位是1还是0呢，这就是这次要研究的问题。

接收方数据采样

• CAN总线没有时钟线，总线上的所有设备通过约定波特率的方式确定每一个数据位的时长
• 发送方以约定的位时长每隔固定时间输出一个数据位
• 接收方以约定的位时长每隔固定时间采样总线的电平，输入一个数据位
• 理想状态下，接收方能依次采样到发送方发出的每个数据位，且采样点位于数据位中心附近
  

接收方数据采样遇到的问题

接收方以约定的位时长进行采样，但是采样点没有对齐数据位中心附近

假设现在约定数据位传输速率是1Mbps，那么发送方每隔1us发出一个数据位，接收方也每隔1us进行一次数据采样。这里就会涉及一个同步问题，就是如何让采样点对齐数据位中心附近呢？如果你不进行对齐，就会出现图示这种情况。虽然发送位间隔和接收采样位间隔都是一样的，但是接收方的采样点好巧不巧都采到了数据位跳变沿这里，那这个采样是1还是0就不好确定了。即使采样点不是正好在跳变沿上，如果太靠远跳变沿了，那采样得到的数据也是非常容易错的。
这个问题的关键在于采样点的初始位置没对齐。如果能以第一个跳变沿为参考，适当延迟半个数据位左右的时间进行第一次数据采样，后续再按照固定的采样间隔进行采样，这样就可以解决采样位置没对齐的问题了。这实际上是一种硬件同步（硬同步）。

接收方刚开始采样正确，但是时钟有误差，随着误差积累，采样点逐渐偏离

处理方式就是再同步（重新同步）。再同步的核心思想就是以正常数据位的跳变沿为参考，如果已经察觉到采样点偏离的苗头了，就适当缩短或延长一次的采样间隔以弥补时钟误差。

位时序

为了灵活调整每个采样点的位置，使采样点对齐数据位中心附近，CAN总线对每一个数据位的时长进行了更细的划分，分为同步段（SS）、传播时间段（PTS）、相位缓冲段1（PBS1）和相位缓冲段2（PBS2），每个段又由若干个最小时间单位（Tq）构成。

位时序是为了同步的
如果每次波形跳变沿都在同步段，那就说明当前设备的位时序与波形是同步的。

这样当前设备如果是接收方，就可以在这PBS1和PBS2之间进行采样。如果跳变沿出现在SS段之外的地方，就需要用到我们后续学的硬同步和再同步来调整当前设备的位时序，使得跳变沿再次出现在SS段，这个过程就是同步过程。

硬同步(硬件同步)

硬同步的核心思想是以第一个跳变沿为参考，对齐第一次的数据采样点。

• 每个设备都有一个位时序计时周期。当某个设备率先发送报文时，其他所有设备会将自己的位时序计时周期拨到SS段的位置，与发送方的位时序计时周期保持同步。
• 硬同步只在帧的第一个下降沿（SOF下降沿）有效。
• 经过硬同步后，若发送方和接收方的时钟没有误差，则后续所有数据位的采样点必然都会对齐数据位中心附近。
  

再同步(重新同步)

再同步的核心思想是如果已经察觉到采样点偏离的苗头了，就适当缩短或延长一次的采样间隔以弥补时钟误差。

• 若发送方或接收方的时钟有误差，随着误差积累，数据位边沿逐渐偏离SS段。此时接收方可以根据再同步补偿宽度值（SJW）通过加长PBS1段或缩短PBS2段来调整同步。
• 再同步可以发生在每个数据位的跳变边沿。
  
  SJW可以自己指定，配置为1_{4Tq，当位时序周期这个秒表有误差时，可以选择加1}4个Tq,或者减1~4个Tq。
  

波特率计算

波特率 = 1 / 一个数据位的时长 = 1 / (TSS + TPTS + TPBS1 + TPBS2)
例如：
SS = 1Tq，PTS = 3Tq，PBS1 = 3Tq，PBS2 = 3Tq
Tq = 0.5us
波特率 = 1 / (0.5us + 1.5us + 1.5us + 1.5us) = 200kbps