CAN通信详解

CAN通信详解

概念

• KEL15与KEL30：KEL30是指提供基本功能的供电电压，此供电模式下功能很少：KEL15是指提供多功能的供电电压。其中KEL15又称：IG ON。
• 终端电阻：由于信号传输会产生回波、反射（驻波）等干扰，终端电阻目的是为了抵消干扰。大约120欧（ 线束的阻抗是120欧）。
• ECU不等距离分布是为了减少驻波。（什么是驻波...）。
• CAN矩阵中有很多报文是每一个节点都需接受，这些报文是用来检测通信丢失的。
• 数据帧：要求为8个字节，这是在CAN网中传输的数据的长度。
• can帧：标准帧、远程帧和数据帧，远程帧没有数据域。标准帧由11位标识符，扩展帧有29位标识符。
• 数据帧格式：

typedef struct
{
     uint32_t StdId;  //标准帧ID，如果您要发送扩展帧。可以不管它
     uint32_t ExtId;  //扩展帧ID，如果您要发送标准帧。可以不管它
     uint8_t IDE;     //您是想发送标准帧还是扩展帧？
     uint8_t RTR;     //您是想发送数据帧还是远程帧？
     uint8_t DLC;     // 您想发送数据的长度。
     uint8_t Data[8]; //您想要发送的数据。
} CanTxMsg;

• 如何发送数据给某标准帧ID或扩展帧ID？

        首先知道STM32有14个过滤组，每个过滤组由2个32位可配置寄存器组成。每个节点会配置自己的过滤组，来过滤掉不想接收的标准帧ID和扩展帧ID，过滤方式有两种：

        屏蔽模式：CAN_FxR1和CAN_FxR2两个寄存器最后一个字节的1、2位（0开始）为11：CAN_FxR1用来设置匹配位，CAN_FxR2用来设置屏蔽位。举例：当CAN_FxR2第二位为1，表示收到ID与CAN_FxR1第二位匹配才有权防问该节点；当CAN_FxR2中的第三位为0，表示收到ID与CAN_FxR1第三位不匹配也可访问该节点。这里节点表示某设备。

        列表模式：CAN_FxR1和CAN_FxR2两个寄存器最后一个字节的1、2位（0开始）为00：CAN_FxR1、CAN_FxR2两个寄存器分别表示两个ID，这样就只有含有这两个ID的数据帧才能访问到该节点。

• CAN控制器：

        用于将欲收发的信息转换为符合CAN规范的CAN帧信号，其中转换为CAN帧的步骤是由软件来完成的，之后将信号通过CAN收发器在CAN_bus上传输。

• CAN收发器：

        将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平。

• CAN总线上逻辑电平：

        平时总线是隐性（逻辑1）。显性优先级高于隐性。

        逻辑电平0、1不是对地而言，是由两线上电压差决定的。逻辑0代表显性，逻辑1代表隐性。

        显性（逻辑0）指：CAN_H3.5v/CAN_L1.5v。

        隐性（逻辑1）指：CAN_H2.5v/CAN_L2.5v。

帧类型

• 数据帧

        由7个内容组成：1.帧开始SOF（低电平）   2.仲裁域   3.控制域   4.数据域   5.CRC域   6.ACK域  7.帧结束。其中仲裁域表示帧优先级，RTR位为隐性电平；控制域（6bit）表示保留位长度和数据长度；ACK域(2bit)表示一帧信号已被正常接受，发送方发送两位低电平 ，接收方若正常接收则以slot位为高电平发送一帧信号；

• 错误帧：表示传输错误，由can硬件发送；
• 过载帧：由节点发出表示没准备号接受数据；
• 遥控帧：接收单元请求发送单元发送信息，它的仲裁域中RTR位为显性电平。

大小端：

        大端（Motorola）：高字节放在内存低地址。

        小端（Intel）：低字节放在内存低地址。

        对位上的处理是硬件处理的，而且在ram不分大小端，在flash才有大小端。

        下面是大端和小端跨字节的数据在内存的分布图：

        大端：

               

        小端：

               

疑点

• CRC校验：数据链路层（CRC校验）
• CAN通信传输方式：异步传输。
• CSMA/CD（载波监听多点接入/冲突检测）：

        在数据链路层（CRC校验）介绍过，这里不重复，只介绍一种冲突的解决方法，解决方法不止一种，这里说can线中“非破坏性仲裁 ”的方法，仲裁机制使用标识符为判断依据，标识符二进制数越小的优先级越高，让后就直接收优先级高的报文数据。但是这里有个疑问待以后解决：信号冲突了信号不就受损了吗？上述解决方法的怎么可行？。

• CAN总线信号同步方式（位外）：

        当数据出现多个连续的0或1时，按照波特率每秒钟对信号进行多次采样，可能漏掉一个或者多几个0或1出来， 使用曼切斯特编码，可以有效的得到正确使信号，这叫作信号同步。但在CAN传输中由于曼切斯特编码会是传输速率变慢所以就使用了NRZ编码。NRZ编码（不归零码）：0表示低电平，1表示低电平。它的缺点就是上述同步问题没法解决，所以我们就想了一个办法：发送数据时每5位相同电平就插入一位相反电平。

• CAN总线信号同步方式（位内）：

        分为硬件同步、重同步。

       相关知识：

        接收端是按照约定波特率每秒钟进行多次的采样，也就是每隔一段时间采样一次将采样的结果作为当时状态。接收时检测每一位的时间是灵活的，在下文中说明。

        位时序：每1秒可以发送多位数据，是由波特率决定的。每一位由多个时间片（time quantum）组成,是由晶振除以波特率决定的。将一位中的时间片分为4个段，顺序是：同步段（SS）、传播延时段(PTS)、相位缓冲段1(PBS1)、相位缓冲段2(PBS2)。1__同步段（1Tq）：发送节点和接收节点都是从同步段开始，正常情况下该段一定是上升沿和下降沿所处位置。  2__传播延时段：由于总线协议中的非破坏性仲裁机制以及帧内应答机制的规定，要求网络中的所有节点要同时接收到发送过来的显性位，但是由于每个节点到发送节点的位置不同和接收器、发送器的延时不同，导致不同的节点收到该显性位的延时是不同的，所以需要人为的配置该位。   3__相位缓冲段1、2在后文重同步中说明。

        1Bit接收时间：正常情况（上升沿或下降沿出现在同步段）每一位的接收时间是固定值。也就是一段时间后，接收器就认为这一位接受时间完了，立即开始下一位的接受。

        采样点：检测到上升沿或下降沿之后1Bit接收时间的x%时间的逻辑电平值作为这一位的逻辑电平值。因为每个节点的晶振可能不同，导致时间片的长度不一致，如果约定的采样时间不恰当可能导致采样的结果与实际值不一致，约定的采样点是经过多种实验计算出来的。

        正题：

        硬件同步： 硬同步只在总线空闲时通过一个下降沿(帧起始)来完成，此时不管有没有相位误差，所有节点的位时间重新开始。强迫引起硬同步的跳变沿位于重新开始的位时间的同步段之内。

        重同步：正常情况 ->检测该位的时间开始，上升沿或下降沿正常出现在同步段，不需要重同步处理，采样点正常采样。

        非正常情况1 ->上升或下降沿出现在同步段和采样点之间。若此时上升或下降沿与同步段相差x时间，接收器就会使相位缓冲段1增加同样x时间，这使得接受一位的时间变长了，当然这个增加的x时间是有上限的，这个上限称为重同步跳转宽度SJW。

        非正常情况2 ->上升或下降沿出现在采样点之后，接收器就缩短相位缓冲段2到上升沿或下降沿出现的地方，相当于让这一位的接收时间立即结束，认为下一位的接收时间才是才是这个信号接收的正确值，使这个上升或下降位于下一位的同步段。

                              

时间术语

• TDiaEnable:从 KL15 打开到 DTC 控制器能检测到DTC的时间，该值只能取所有节点中的最大值
• TCanAck：从接收到CAN初始化触发事件到节点可以接收报文的时间
• TCanInit：从接收到CAN初始化触发事件到发送第一帧报文的时间（此时，CAN硬件、软件初始化完毕，可以发送和接收报文）
• TMsgStart：从接收到CAN初始化触发事件到该节点所有的周期性报文至少被发送一次的时间