CAN总线竞争与仲裁机制分析

1、CAN总线的接口

(1)CAN总线是串行、差分信号、异步总线，传输数据用两根信号线组成的差分信号线；
(2)CANH和CANL是一组双绞线，两根线的电平差值表示逻辑1和0；

2、CAN总线显性、隐形电平

显性电平代表逻辑0，隐形电平代表逻辑1；不同协议版本对显性、隐形电平的定义有区别；

3、电平优先级

(1)CAN总线的高低电平状态，逻辑上是各个节点电平相与，即所有节点输出高电平CAN总线是高电平，只要有一个节点输出低电平，那CAN总线就是低电平；
(2)在电学上，地的优先级是最高的，图片上面的情况CAN总线是高电平，但是只要有一个节点接地，那总线就会变成低电平；
结论：显性电平优先级高于隐形电平；

4、CAN总线仲裁

4.1、CAN总线仲裁介绍

（1）当同时有两个及以上设备想使用总线时，由于总线同时只允许一个设备进行操作，所以需要进行总线仲裁，仲裁胜出的设备可以使用总线，没有得到使用权的设备只能监听总线上的数据；
（2）总线仲裁只发生在总线空闲时有多个设备同时竞争的情况下，如果当前总线已经有设备在使用，是不存在总线仲裁的；
（3）总线仲裁在协议层是通过帧ID来进行仲裁的，帧ID越小，优先级越高；
（4）CAN总线是非破坏性总裁，总裁过程是不会额外消耗时间的；

4.2、CAN总线仲裁过程

(1)当CAN总线上出现连续11个低电平，则认为总线处于空闲状态，如果同时有多个CAN节点想要发数据，则需要总线仲裁；
(2)当总线空闲时，每个节点先一位一位的往节点上发送帧ID；
(3)每发送一位帧ID后，需要读取总线上的状态是否是自己发送的帧ID位，如果不是，则表明当前有优先级更高的节点要发送数据，节点进入监听状态，停止往总线发送帧ID；
(4)这里总裁利用了两个之前介绍的结论：帧ID越小优先级越高；同时往总线上发送0（显性电平）和1（隐形电平），总线最终状态是0；
(5)帧ID从高位开始发送，帧ID越小说明高位0越多；
(6)当节点往CAN总线发送的帧ID位是1，但是发送完成后从总线上读到的状态是0，则表示有其他的节点往CAN总线发送了0，其他节点的帧ID比自己小(优先级比较高)；

4.3、仲裁过程举例分析

(1)上面的分析过程是以经典CAN帧进行分析，帧ID是11位；
(2)三个节点依次从帧ID的高位开始往总线上发送，边发送边比较；
(3)在发送帧ID的第五位时，节点B发送了1（隐形电平），但是从总线上读取到的是显性电平，说明有其他节点往总线输出了隐形电平，则节点B退出本次总线仲裁；
(4)在发送帧ID的第三位时，节点C发送了1（隐形电平），但是从总线上读取到的是显性电平，说明有其他节点往总线输出了隐形电平，则节点C退出本次总线仲裁；
(5)最终节点A得到了本次CAN总线的使用权，节点A可以继续发生帧的剩下部分，B和C节点都进入监听状态；

5、参考资料

本博文参考自B站视频：《CAN数据链路层详解》；视频讲解的很不错，感兴趣的推荐观看原视频。