CAN的填充机制解释及其延伸知识

           我们都知道CAN的填充机制是从SOF-CRC段内，每遇到5个相同极性位时便填充一位相反极性位。（CANfd也是同样的填充机制）。如下图所示。

       我在学习和工作中发现，一些同事和技术人员只知道CAN的位填充机制，却对为何CAN会采用位填充，不明所以。

      位填充不是无意义的，任何一种协议中的任何一种方法都是有其特殊的功能的。不然使用位填充的方法，即增加了数据冗成，又使得软硬件的设计变得复杂化。下面介绍位填充的两种意义。

一：避免与CAN错误帧冲突

二：位填充是与位同步机制相配合的

三：实现透明传输（后面不展开说了，最多的一条应用是帧接收界定符是7bit隐性电平，填充机制=避免了在数据传输过程中，被误认为是帧结束界定符）

      注意：童鞋们有些认为是，数据链路层以上发出来的数据是 5bit相同+然后数据链路层填充1bit，然后再判断下5bit是不是相同极性。仔细观察上图中我打标记的地方。其实是下一判断周期中已经把填充位也计算进去了。这点需要注意。

一：避免与CAN错误帧冲突

CAN协议的错误帧分为主动错误帧和被动错误帧：具体格式如下

 主动错误帧： 6bit 显性+8bit隐形错误界定符

被动错误帧：6bit 隐形+8bit隐形错误界定符

     有童鞋会问为什么会产生错误叠加部分，这里原因有点复杂，有时间会另外写一份文章来单独讲。

如有兴趣可以查阅其他同仁的资料freshcoolman的博客_CSDN博客-c语言,AUTOSAR,Python领域博主

      CAN协议采用填充位机制，就是为了避免与错误帧处理机制起冲突。如果不采用位填充机制，如果CAN帧数据段发送 0x00或0xFF，就会产生连续6位显性位或显性位。会产生异常错误。

二：CAN特殊的位同步机制

时序同步在通信中的重要性不言而喻。SPI总线、I2C总线是通过单独的时钟线实现同步，LIN总线、以太网是通过帧结构专门的同步段实现同步。

CAN即没有专门的时钟线，帧结构上也没有专门用于同步的段，CAN是如何实现同步的？就不得不提CAN比较特殊的位同步机制：位同步机制！！！

位同步基础知识

“位时序

由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为 4 段。

• 同步段（SS）

• 传播时间段（PTS）

• 相位缓冲段 1（PBS1）

• 相位缓冲段 2（PBS2）

这些段又由可称为 Time Quantum（以下称为 Tq）的最小时间单位构成。

1 位分为 4 个段，每个段又由若干个 Tq 构成，这称为位时序。

1 位由多少个 Tq 构成、每个段又由多少个 Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可

同时采样，也可任意设定采样点。”

      以上部分是文档中摘抄的部分说明，我自己的理解如下

 一：一条CAN总线上的所有节点都是相同的波特率在通信，如（500k，250k）500k波特率通讯，1bit位=2us。在软件设计或配置时，再讲这2us等分为X个小段，这个小段就是Tq。第二步再通过物理层电气特性和软件架构，将以下各个段分配若干个Tq，需注意：ss段只能是一个Tq。

同步段（SS）

• 传播时间段（PTS）

• 相位缓冲段 1（PBS1）

• 相位缓冲段 2（PBS2）

要理解CAN的位同步，先要理解时钟同步和利用同步段同步

时钟同步最好理解 1：就是有单独的时钟信号控制总线上的节点，何时发生数据何时采样数据，以及某个时间段内信号的意义。

通过同步段实现同步，就是A节点率先发送一段同步信号。节点B接收后，解析这段同步信号，计算出发送节点的波特率，然后根据自己计算的位时间调整自己的接收和发送的波特率。

CAN即没有专门的时钟线，帧结构上也没有专门用于同步的段，那他是如何实现同步的？

CAN采取了一种特殊的同步机制，节点A和节点B在设计阶段好一个时序，表示各个段是干嘛的，在何处接收节点开始采样。比如你和你的好朋友约定好如下规范

每天早上八点你发一个信息“”走“”给你朋友，代表你们要一起去上学，早上八点半发送“吃”代表你们要一起去吃早饭。这样你们是不是就实现了同步。

这种方法缺点在于可是你手机的时间出现偏差，你的时间提前了半小时，早上七点半你发送信息“走”给你朋友，这样你的朋友就无法理解你的意思了。于是你和你的朋友再次约定一个方法只要接受到“走这个信号”就默认为已经八点了，你朋友将自己手机的时间调整为八点，半个小时后“当你再次发送“吃”这个信号，你朋友就知道是要一起去吃饭了。你们就又实现了同步。

CAN总线的位同步，1：硬件同步  2：再同步

1：硬件同步：比较好理解

 需要注意的是硬同步实现的前提：接收单元在总线空闲状态检测出帧起始时进行的同步调整

1:总线需进入空闲状态

2：空闲状态后，需接受到一个隐形到显性的跳变（可以理解为帧的SOF）

2：再同步

再同步是硬件同步的补充，节点A和B自身的位时序出现了偏差，已经通过硬件同步实现同步了，后续仲裁段+控制段+数据段等如何实现同步？就需要使用到再同步技术

以下是资料中对再同步的描述

“在接收过程中（可以理解为帧中sof以后的数据） 检测出总线上的电平变化时进行的同步调整。

每当检测出边沿时，根据 SJW 值通过加长 PBS1 段，或缩短 PBS2 段，以调整同步。但如果发生了超出 SJW

值的误差时，最大调整量不能超过 SJW 值。”

回到我们最初的问题，填充机制是如何配合再同步的？

发现没有，再同步实现的方法有一个必要条件，就是总线电平发送跳变，电平跳变就意味着数据发生改变（描述不是很准确，为了理解方便）。当节点A发送0x331 {00,00,00,00,00,00,00,00}，数据段全0，给节点B，数据段是不是全部为显形电压，节点B就无法提供电平跳变实现与A的同步。

引入位填充机制后，数据段00发送过程中，节点A每发送5bit显性电平后，插入一位隐性电平。这个电平的跳变使得B可以与A再次实现位同步。