CAN基础

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🔴CAN是什么

控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由 德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。 由于其高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到人们的重视，被广泛应用于汽车业、航空业、工业控制、安全防护等领域。

🔴物理层与差分通信

CAN是靠can_h和can_l两根线的压差来表达0和1的

如何表达1:当两个线没有电压差的时候,就是1的意思,

如何表达0:当两个线有电压差的时候,就是0的意思,

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从差分信号到逻辑电平,需要一个CAN收发器翻译为TTL电平,发送则相反

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为了解决压摆率和阻抗匹配,需要加一个终端电阻,参考终端电阻

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如果还是对抗干扰不满意:信号线防干扰

🔴帧类型

数据帧,DLC:0到8,以4为例

标准帧

扩展帧

扩展帧扩展了ID,更适合更复杂的系统,SRR保证了基本ID的优先级高于扩展ID

IDE辅助识别了这是扩展帧还是标准帧

遥控帧,DLC:0到8,以4为例

标准帧

扩展帧

错误帧

错误帧用于在检测到通信错误时，破坏当前错误报文并通知所有节点。

字段	位数	说明
Error Flag（错误标志）	6 bit	主动错误时一般为 6 个显性位
Error Delimiter（错误界定符）	8 bit	错误帧结束

总长度：14 bit 见 错误检测与重发

过载帧

过载帧用于延迟下一帧发送，给节点留出处理时间。

字段	位数	说明
Overload Flag（过载标志）	6 bit	请求延迟后续发送
Overload Delimiter（过载界定符）	8 bit	过载帧结束

总长度：14 bit

触发场景	物理表现	背后逻辑
场景 A：内部原因	节点在“帧间隔”的间歇段前两步主动发 0。	CPU 忙不过来了 。缓冲区满或中断处理太慢，硬件自动申请暂停。
场景 B：IFS 抢跑	在帧间隔 (IFS) 的前 2 位检测到显性位。	时钟不同步/抢跑 。本该休息的时间有人踩了油门，节点通过过载帧强行把大家拉回起跑线。
场景 C：界定符最后一位报错	在错误/过载界定符的第 8 位检测到显性位。	同步失败 。界定符最后一位必须是隐性位，如果不是，说明总线还没平静，需再次进入过载状态。

帧间帧

帧间帧用于分隔前一帧和后一帧。

字段	位数	说明
Intermission（间隔段）	3 bit	3 个隐性位

说明：帧间隔结束后，总线才进入新的发送竞争。

这里分健康节点和不健康节点

健康节点3个1之后就可以发,不健康的8个1才可以发

🔴CAN总线特性

多主从:

在总线空闲状态(逻辑1)下，任意节点都可以向总线上发送信息 。另外：最先向总线发送信息的节点获得总线的发送权；当多个节点同时向总线发送消息时，所发送消息的优先权高的那个节点获得总线的发送权。

这里当一个节点发送完时,可能有多个节点同时发送信息,这时候是优先级的作用体现出来了

🔴错误检测与重发

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CAN 之所以可靠，一个重要原因就是它在发送和接收时会一直检查错误；一旦发现错误，就会发送错误帧，让当前报文作废，并准备后续自动重发。

补充一点:为防止突发错误,当同样的电平持续5位则添加一个位的反型数据位

5 大错误检测机制

• 位错误 (Bit Error)： 节点在往总线上发送电平的同时，会把总线上的实际电平读回来，如果自己发的是逻辑 1（隐性）但读回来是 0（显性）（仲裁段和 ACK 段的合法覆盖除外），就立刻识别为位错误。
• 填充错误 (Stuff Error)： CAN 为了保证时钟同步，不允许总线上连续出现 6 个相同电平，若接收方真的连续读到了 6 个相同位，就立刻判定为填充错误。
• CRC 错误 (CRC Error)： 发送方会根据数据算出 CRC 校验码放在尾部，接收方收到后也会再算一遍，如果对不上，就说明是 CRC 错误。
• 格式错误 (Form Error)： 报文里有些固定位置必须是规定好的位值，如果这些位置出现了不该出现的电平，就判定为格式错误。
• 应答错误 (ACK Error)： 发送方在 ACK 槽本来希望有接收成功的节点把总线拉成显性位，如果读回来还是隐性位，就说明没人确认收到，判定为应答错误。

错误标志重叠

一旦有节点检测到错误,就会连续发6个0来提醒所有节点发生错误了,按照只能连续5个0的规则,最终所有节点都会发0

场景	触发机制	总线显性宽度	物理过程
场景 A：全网同步	全局错误(如 CRC)	$6$Bits	所有节点同时发现异常，同时起跑。电平完全重叠。
场景 B：追尾接力	局部错误(如 位错误)	$12$Bits	节点 A 报错发完**$6$个$0$时，节点 B 才刚数到第$6$个$0$触发报错。$6\text{ (A)}+6\text{ (B)}=12$**。
场景 C：部分重叠	反应时差	$6\sim 12$Bits	节点 B 在节点 A 报错过程中（如第**$3$**位时）意识到不对劲，开始跟进。

报错完了,会发8位的错误界定符(逻辑1)来制造一个冷静期,然后重新开始

错误处理 3 种状态

• 错误主动 (Error Active)： 节点刚开始工作时，一般都处于错误主动状态。这时它可以正常收发数据；如果它发现总线出错，会主动发送主动错误帧去打断当前报文，然后等待后续自动重发。可以把它理解成：这个节点目前状态正常，发现错了就大声提醒全网。
• 错误被动 (Error Passive)： 如果一个节点错误越来越多，它就会进入错误被动状态。这时它仍然可以继续通信，但说明这个节点已经“不太健康”了；再检测到错误时，它对总线的影响会变小，不再像错误主动时那样强力打断总线。可以把它理解成：这个节点还能说话，但已经不敢大声说了。
• 总线关闭 (Bus-Off)： 如果一个节点累计错误太多，就会进入总线关闭状态。一旦进入这个状态，这个节点会被强制退出总线，不能再发送数据，也基本不再参与正常通信，直到软件或硬件让它恢复。可以把它理解成：这个节点错误太严重，先踢下线，别再影响全网。

错误处理流程

• 先发现错误： 节点在发送或接收时，利用前面的 5 种检测机制持续检查报文。
• 再发错误帧： 一旦确认出错，节点立即发错误帧，告诉所有节点“这一帧无效”。
• 当前报文作废： 所有节点都会认为这次传输失败，这一帧不能用了。
• 发送方准备重发： 如果这个发送节点还没严重到被踢下线，后面会重新发送这帧数据。
• 错误太多就降级： 如果某个节点反复出错，它会从错误主动变成错误被动。
• 再严重就下线： 如果错误继续累计，这个节点最终会进入总线关闭，退出通信。

🔴总线仲裁

当节点同时发送的时候,所有的节点也会进行回读（节点在向总线上发送报文的过程中，同时也对总线上的二进制位进行“回读”，对比该节点发出的二进制位与总线上当前的二进制位是否一致，就可节点数据是否被正确接收。)当发1收0则优先级较低,停止发送

前提： 前 11 位基础 ID 完全相同。 铁律： 0 (显性) 永远秒杀 1 (隐性)。

1. 终极优先级排名

标准数据帧 > 标准遥控帧 > 扩展数据帧 > 扩展遥控帧

RTR (数据/遥控开关) SRR (扩展帧专属卧底)

IDE (长短 ID 开关)

🔴报文过滤

MCU里设置CAN控制器,里面有个验收滤波器,当ID传进来,会与设定的掩码逐位匹配,不对的直接过滤掉

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🔴位时序

采样点再两个相位缓冲段之间采样,保证采样的稳定

🔴硬同步与再同步

当检测到SOF,立即设置自己的 Sync_Seg（同步段）,这是硬同步

以同步段为预期,与bit边沿对比,做再同步

如果跳变边沿滞后,相位缓冲1就增加一点

如果跳变边沿提前,相位缓冲2后边砍掉,提前进入下一个CAN位时间

不过对相位缓冲的设置受SJW限制,SJW=2则最多增减两个tq(时钟周期×分频系数)