关于CAN报文中ACK应答错误的检测原理

CAN协议里对ACK（应答场）有如下的描述：

应答场长度为2个位，包含应答间隙（ACK SLOT）和应答界定符（ACK DELIMITER）。在应答场里，发送站发送两个“隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（ACK SLOT）期间（发送ACK信号）向发送器发送一“显性”的位以示应答。

应答间隙：所有接收到匹配CRC序列（CRC SEQUENCE）的站会在应答间隙（ACK SLOT）期间用一“显性”的位写入发送器的“隐性”位来作出回答。

ACK界定符：ACK界定符是ACK场的第二个位，并且是一个必须为“隐性”的位。因此，应答间隙（ACK SLOT）被两个“隐性”的位所包围，也就是CRC界定符（CRC DELIMITER）和ACK界定符（ACK DELIMITER）。

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在CAN协议的错误检测部分有这样的描述：

位错误：站单元在发送位的同时也对总线进行监视。如果所发送的位值与所监视的位值不相符合，则在此位时间里检测到一个位错误（BIT ERROR）。但是在仲裁场（ARBITRATION FIELD）的填充位流期间或ACK间隙（ACK SLOT）发送一“隐性”位的情况是例外的——此时，当监视到一“显性”位时，不会发出位错误（BIT ERROR）。

应答错误：只要在ACK间隙（ACK SLOT）期间所监视的位不为“显性”，则发送器会检测到一个应答错误（ACKNOWLEDGMENT ERROR）。

从协议所描述的内容来看，我们不难得出一个结论：CAN是一种基于广播的通讯方式，为了保证总线上的每一个节点（处于normal mode）都能正确的接收到报文，报文的发送者要求每一个接收节点在报文发送结束前，也就是ACK slot的时间内，作出应答，即要求接收的节点都在这个时间发送一个“显性”位。发送者在发送的同时，会监视总线上的数据，如果与发送的娄据不一致，则表示发送失败或自己失去仲裁，立即停止发送或转入接收模式。如果有一个节点在ACK SLOT的时间内发送“显性”位，则发送者认为此次发送报文成功；如果发送者检测到ACK SLOT为隐性位，则表示没有节点填充ACK SLOT，则发送者会检测到这个隐性位而知道发送失败，此条报文需要重发。所以，当总线上只有一个节点的时候，或是只有一个节点可以收发数据的时候，这个节点是发不出去数据的，因为它所发出的数据帧中的ACK SLOT没有另外一个节点来填充，将永远是隐性位，这个节点会一直重发数据直到发送成功或发送被取消。

（注：一：总线上只有一个节点而且它向外发送了数据。它确实不会收到任何ACK，它会变成“error passive”但是它不会变成BUS off。why？请参考CAN specificaton 2.0-partB-Fault_Confinement--rule3--exception1二:其它检测到CRC错误的节点不会马上发送错误帧，而是在ACK delimiter之后才发送。请参考CAN specificaton 2.0-partB-Error_Signalling）

ACK SLOT只有一个BIT，而接下去的ACK delimiter始终为隐性（我们可认为是1），当数据到达ACK SLOT的时候，所有的节点都会发送显性位（我们可以认为是0），而发送者在ACK这个时间里保持隐性位（即发送者在发送的时候ACK SLOT为1），这时发送者会检测总线上的ACK时间内的信号，如果是0，则表示正确，如果是1，表示有错误。如果当中有某一个节点在ACK SLOT填入隐性位，则总线上同样还是显性位电平，故只要总线上有一个节点正确接收到数据，则ACK SLOT就会被填入显性电平；那么，接收错误的节点如何来告知发送者此次发送不成功呢？这时候就要用到CAN的错误帧，当一个接收者收到错误的数据的时候（怎样判断的），它立即开始发送一个错误帧，则接下去总线上的信号就是这个错误帧，其它的节点和发送者也都会收到这个错误帧，那所有的节点都知道出错了，接收者会丢掉此次消息，而发送者会试图重发此次消息。这才是ACK SLOT真正的含义。

下面我们通过一个实例来看看CAN节点是如何进行ACK SLOT的动作的。我们抓取一个总线上面的信号波形，此波形已经是通过82C251解码过后的。

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抓取的波形，图中的四个通道分别表示两个节点的CANTX和CANRX，其中通道A，B表示NODE 1的CANTX和CANRX，通道C，D表示NODE 2的CANTX和CANRX。将其正对坐标中轴的部分展开，得到如下的图形，由上图我们清楚的看到，NODE 1的CANTX在接收到数据后立即响应，即向外发送数据，当数据发送完毕，到了ACK的时间内，见下图中黄色图标处，NODE 1的CANTX发送两个隐性位，而对于NODE 2，当发送者NODE 1的CANTX到了报文的ACK时间，NODE2也接收完数据，如果CRC校验通过，则NODE2的CANTX会相应的发送显性位，即通道C的红色图标处。如果总线上存在NODE 3和NODE 4或是更多NODE，则波形相同。图中的B和D都是CANRX，所以都有ACK的显性位出现。

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我们认为，发送者在发数据的时候，CANTX在发送数据，而CANRX同时也在接收数据，当发送者发送ACK为隐性时，接收到的ACK SLOT一定要是显性才会正确。那么，当有节点正确接收到了数据，在ACK SLOT填上显性位后，接收错误的节点这时候会如何呢？接收错误的节点就会马上发送错误帧，一般是发送连续的6个0或1，根据CAN的位填充原理，当有五个连续的0或1出现时，为了传送中的同步，必须插入一个反相位的BIT作为填充位，如果连续出现6个或以上的相同信号，则此次传送错误，数据将被丢弃。故当发送者收到这个错误帧后，便会知道发送出错，并试图重发数据。