【導(dǎo)讀】CAN-bus網(wǎng)絡(luò)中原則上不允許兩個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的ID段，但如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)ID段相同會(huì)怎樣呢？實(shí)驗(yàn)前，我們首先要對CAN報(bào)文的結(jié)構(gòu)組成、仲裁原理有清晰的認(rèn)識。
一、CAN報(bào)文結(jié)構(gòu)
目前使用最廣泛的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是V2.0版本，該標(biāo)準(zhǔn)又分為A、B兩部分，它們主要的區(qū)別在仲裁區(qū)域的ID碼長度。其中CAN2.0A（標(biāo)準(zhǔn)幀）為11位ID，CAN2.0B（擴(kuò)展幀）為29位ID。下表1為CAN報(bào)文結(jié)構(gòu)：
表1.CAN報(bào)文結(jié)構(gòu)
二、仲裁原理
CAN總線的仲裁是基于“線與原理”，如圖1所示。當(dāng)個(gè)收發(fā)器同時(shí)發(fā)出不同電平信號時(shí)，隱性電平總是被顯性電平覆蓋。CAN控制器在發(fā)送報(bào)文的同時(shí)會(huì)監(jiān)聽總線狀態(tài)與自己發(fā)送的電平是否一致，如果不一致發(fā)生在ID段則會(huì)發(fā)生仲裁，如果發(fā)生在其他區(qū)域則會(huì)觸發(fā)相應(yīng)錯(cuò)誤。
圖1.線“與”示意圖
下面進(jìn)入重點(diǎn)，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)ID段相同會(huì)怎樣？我們用兩個(gè)CAN卡 和一臺CANScope開始實(shí)驗(yàn)，CAN卡模擬CAN標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)收發(fā)報(bào)文，CANScope做通信監(jiān)控，如圖2所示。（注：CAN卡為USB轉(zhuǎn)CAN工具，CANScope為CAN總線分析儀，產(chǎn)品詳見ZLG致遠(yuǎn)電子官網(wǎng)）
圖2.實(shí)驗(yàn)平臺搭建
三、實(shí)驗(yàn)一“ID段相同但數(shù)據(jù)不同”
使用一個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為01020304050607H的CAN幀，使用另一個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為02020304050607H的CAN幀。CANScope監(jiān)聽的數(shù)據(jù)如圖3所示，可以觀察到有大量的數(shù)據(jù)場填充錯(cuò)誤。
圖3.數(shù)據(jù)場填充錯(cuò)誤
為什么會(huì)這樣呢？我們首先分別獲取兩個(gè)CAN卡發(fā)送報(bào)文對應(yīng)的波形，如圖4。因?yàn)閮舍槇?bào)文同為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，且每幀包含8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，所以兩幀報(bào)文對應(yīng)的波形在ID段、RTR、IDE、R0以及DLC段完全一致。因此，仲裁作用失效，兩節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為自己獲得了優(yōu)先權(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖4.報(bào)文對應(yīng)波形對比
現(xiàn)在我們聚焦數(shù)據(jù)段，第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)相同，均為為00H；第二個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)不同，分別為01H、02H。圖5箭頭標(biāo)示處可以看到兩者對應(yīng)位的邏輯分別為0和1。前面我們提到CAN節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文的同時(shí)會(huì)檢測總線電平是否與自己發(fā)送的電平一致，若不一致發(fā)生在非仲裁區(qū)域則觸發(fā)相應(yīng)錯(cuò)誤，因此若這兩幀報(bào)文同時(shí)發(fā)送到總線上必將發(fā)生位發(fā)送錯(cuò)誤。因?yàn)槲话l(fā)送錯(cuò)誤會(huì)引起節(jié)點(diǎn)發(fā)送違反填充規(guī)則的6個(gè)顯性位（主動(dòng)錯(cuò)誤破壞該幀數(shù)據(jù)），故出現(xiàn)數(shù)據(jù)場填充錯(cuò)誤，如圖3。
圖5.數(shù)據(jù)場沖突
四、實(shí)驗(yàn)二“ID相同數(shù)據(jù)也相同”
同時(shí)使用兩個(gè)CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據(jù)為01020304050607H的CAN幀，CANScope做通信監(jiān)控。首先，我們不勾選“總線應(yīng)答”選項(xiàng)，使CANScope工作在僅監(jiān)聽模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，出現(xiàn)的是應(yīng)答定界符格式錯(cuò)誤。
圖6.應(yīng)答界定符格式錯(cuò)誤
為什么會(huì)發(fā)生這種錯(cuò)誤呢？發(fā)送報(bào)文的節(jié)點(diǎn)會(huì)在ACK段發(fā)送兩個(gè)隱性位，若在第一個(gè)位期間接收到顯性電平則認(rèn)為該幀被正確接收。由于仲裁段相同時(shí)兩節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為自己取得仲裁權(quán)，在ACK段等待應(yīng)答，但該網(wǎng)絡(luò)中僅存在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此在ACK段不能收到應(yīng)答，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)答定界符錯(cuò)誤。簡單說來這種情形就類似于總線中只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)將不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送。圖7是在ACK段有無應(yīng)答時(shí)的波形對比。
圖7.ACK應(yīng)答
我們勾選上總線應(yīng)答，再次開始實(shí)驗(yàn)（此時(shí)總線中相當(dāng)于有3個(gè)節(jié)點(diǎn)）。這時(shí)如圖8所示，總線數(shù)據(jù)收發(fā)正常。
圖8.啟動(dòng)總線應(yīng)答
總結(jié)：當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送ID相同數(shù)據(jù)不同的報(bào)文時(shí)，將發(fā)生數(shù)據(jù)場填充錯(cuò)誤；當(dāng)兩節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送ID相同數(shù)據(jù)也相同的報(bào)文時(shí)，若有其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)答則不發(fā)生錯(cuò)誤，若無其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)答則發(fā)生應(yīng)答錯(cuò)誤。因此，我們在設(shè)計(jì)CAN總線時(shí)應(yīng)避免ID段相同的情況出現(xiàn)。
