隨著工業技術不斷發展
，CAN總線已廣泛應用於
，車輛、航空、醫療等高安全要求領域。高頻發送CANbaowenyechengweianquanceshidebiyaozuchengbufen。zaixinhaozhengchangdewangluoshanggaofuzailvfasongceshishi，zongxianshangouranhuichuxianxuduoyixiangbudaodewenti，liruchuxiandaliangcuowubaowen、被測設備報文周期出現異常、甚至總線鎖死等。這個時候我們則需要考慮一下CAN網絡上的仲裁是否發生了異常。

 

首先我們來了解一下CAN總線仲裁機製。

 

1 CAN總線仲裁機製

 

CAN總zong線xian作zuo為wei現xian場chang總zong線xian，每mei個ge節jie點dian可ke以yi同tong時shi偵zhen測ce到dao網wang絡luo上shang正zheng在zai發fa送song的de數shu據ju，當dang總zong線xian空kong閑xian時shi每mei個ge節jie點dian均jun可ke以yi發fa起qi自zi身shen報bao文wen發fa送song。如ru果guo多duo個ge節jie點dian同tong時shi發fa起qi報bao文wen發fa送song請qing求qiu，由you哪na個ge節jie點dian占zhan用yong總zong線xian就jiu是shi仲zhong裁cai機ji製zhi的de主zhu要yao用yong途tu。

 

首先CAN總線物理層通常是雙絞線。當邏輯“1” 被寫進總線時
，CANH和CANL的電平都是2.5V，這種狀態並被定義為“隱性”位；當邏輯“0”被寫進總線時CANH會上拉到為5V，CANL被下拉到地0V
，這種狀態被定義為“顯性”位。如果顯性位和隱性位被不同的節點同時寫進總線時，總線會表現為“顯性”位。“顯性位覆蓋隱性位”是CAN總線衝突檢測的基礎。

 

當(dang)節(jie)點(dian)開(kai)始(shi)傳(chuan)送(song)它(ta)們(men)各(ge)自(zi)的(de)報(bao)文(wen)時(shi)，如(ru)果(guo)一(yi)個(ge)節(jie)點(dian)寫(xie)進(jin)了(le)隱(yin)性(xing)位(wei)而(er)讀(du)回(hui)顯(xian)性(xing)位(wei)
，節(jie)點(dian)會(hui)知(zhi)道(dao)另(ling)一(yi)個(ge)高(gao)優(you)先(xian)權(quan)節(jie)點(dian)正(zheng)在(zai)占(zhan)用(yong)總(zong)線(xian)
，該(gai)節(jie)點(dian)會(hui)停(ting)止(zhi)傳(chuan)送(song)報(bao)文(wen)並(bing)繼(ji)續(xu)接(jie)收(shou)總(zong)線(xian)報(bao)文(wen)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)叫(jiao)做(zuo)“非破壞性逐位”仲裁。

 

 

圖1 CAN仲裁機製 

 

如圖1所示，在多個節點同時發送報文時
，首次出現不同
，且發送顯性位的節點占用總線。由於CAN報文首先發送的為ID段且顯性位為邏輯“0”，因此ID越小該幀的優先級越高。

 

2 仲裁場

 

似乎按照“非破壞性逐位”仲裁機製，就可以從ID一直仲裁到CRC段
，可是CAN傳輸標準並不是這樣， CAN標準要求
，仲裁僅從基本ID第一位開始
，到標準幀的IDE位或擴展幀的RTR位結束。這個區域被定義為仲裁場。如圖2所示。

 

圖2 CAN仲裁場區域

 

依據仲裁場範圍
，CAN總線仲裁流程如圖3所示。

 

圖3 CAN仲裁場區域

 

3 仲裁異常的影響

 

在CAN仲裁機製中
，理論上仲裁必須在仲裁場完成。不過CAN總線配置錯誤或者測試時發送CAN幀疏忽，也存在仲裁場數據完全相同的情況，在這樣的情況下會對總線造成什麼後果呢
？下麵我們按照CAN通訊原則分析一下仲裁異常時CAN總線可能出現什麼表現。

 

1、仲裁場後數據傳輸不一致

 

在仲裁場結束後CAN節點需要對發送的數據進行一致性對比，如果發送的數據與讀取回得數據不一致
，收發器則需要發送CAN錯誤幀，以通知總線各個節點自身發送數據錯誤，停止接收並快速進入總線空閑，以便再次數據發送。

 

圖4 仲裁場後數據傳輸不一致

 

如圖4所示當兩個節點發送的仲裁場相同，在仲裁場後DLC段發生數據不同情況。發送單元1發現自己本身需要發送的隱性電平而收到的是顯性電平，識別到數據不一致現象後立即發出錯誤幀信息（6個顯性位）。發送單元1發送錯誤信息過程中，發送單元2也將捕獲到自己某個隱性位發送與收取的不一致，從而也發出主動錯誤幀。最終造成類似圖4總線電平特征。

 

需要注意，大部分CAN收(shou)發(fa)器(qi)在(zai)發(fa)送(song)過(guo)程(cheng)中(zhong)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)占(zhan)用(yong)到(dao)總(zong)線(xian)或(huo)者(zhe)發(fa)送(song)失(shi)敗(bai)，會(hui)在(zai)下(xia)一(yi)次(ci)總(zong)線(xian)空(kong)閑(xian)到(dao)來(lai)時(shi)再(zai)次(ci)占(zhan)用(yong)總(zong)線(xian)發(fa)送(song)相(xiang)同(tong)的(de)數(shu)據(ju)。因(yin)此(ci)當(dang)出(chu)現(xian)仲(zhong)裁(cai)場(chang)數(shu)據(ju)相(xiang)同(tong)，後(hou)續(xu)數(shu)據(ju)不(bu)同(tong)時(shi)，有(you)極(ji)大(da)的(de)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)總(zong)線(xian)錯(cuo)誤(wu)後(hou)兩(liang)個(ge)節(jie)點(dian)再(zai)次(ci)同(tong)時(shi)占(zhan)用(yong)總(zong)線(xian)，再(zai)次(ci)進(jin)行(xing)仲(zhong)裁(cai)並(bing)總(zong)線(xian)錯(cuo)誤(wu)
，甚(shen)至(zhi)反(fan)複(fu)進(jin)入(ru)錯(cuo)誤(wu)造(zao)成(cheng)網(wang)絡(luo)鎖(suo)死(si)等(deng)嚴(yan)重(zhong)情(qing)況(kuang)。

 

2、仲裁場後數據相同

 

如果兩個CAN節點，發送CAN幀完全相同
，兩個發送單元均認為占用了總線，並成功發送完數據。雖然數據發送完成，不過需要注意CAN節點在發送數據幀時，是不能夠對自己發送的CAN幀進行應答，這個時候則會出現不同的情況。

 

不存在多餘的應答節點

 

圖5 傳輸數據相同無應答

 

當(dang)所(suo)有(you)的(de)總(zong)線(xian)節(jie)點(dian)發(fa)送(song)的(de)數(shu)據(ju)均(jun)相(xiang)同(tong)
，那(na)麼(me)所(suo)有(you)節(jie)點(dian)認(ren)為(wei)自(zi)己(ji)成(cheng)功(gong)發(fa)送(song)了(le)數(shu)據(ju)，而(er)等(deng)待(dai)總(zong)線(xian)其(qi)他(ta)節(jie)點(dian)應(ying)答(da)。此(ci)時(shi)發(fa)送(song)節(jie)點(dian)會(hui)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)得(de)到(dao)應(ying)答(da)而(er)被(bei)CAN節點識別為發送失敗，從而重新占用總線再次發送。

（注：此現象與應用層有很大的關係

，節點也可以被識別為發送成功而不再重發。）

 

存在多餘應答節點

 

圖6 傳輸數據相同有應答

 

在多個節點同時發送相同數據到總線，並存在其他節點不處於發送狀態，其他節點則會對總線進行應答，發送節點會認為CAN數據成功發送。從而隱藏了這種仲裁異常現象。

 

4 仲裁的其他特性與測試建議

 

1、CAN總線中的節點在仲裁失敗、fasongshibaihuozheqingqiufasongshizongxianbeiqitajiedianzhanyong
，yibanhuizaixiayicikongxiandaolaishiqingqiufasong，zongxianfuzailvyuegao，yudaoshangmiandeqingkuanggailvyejiuyueda

，yincizhongcaishijiandefashengchangchuxianzaigaofuzailvdezongxianhuanjingxia，ruguokeyikongzhizongxianfuzailvzaihelifanweinei，keyidadajianshaozhongcaishijiandefasheng。

 

2、每個CAN節點在發送報文時
，顯性電平都存在一定的驅動能力
，在仲裁事件發生時，由於多個節點同時驅動總線，會造成CAN總線顯性電平電壓與平時高一點（驅動點越多

，電壓越高）。同時由於每個節點同步性可能存在微小的差異，其脈寬也可能發生改變。 

 

3
、當需要測試指定節點長時間占用不到總線的表現時，應該使用高優先級測試報文進行高負載率發送（盡可能達到100%）。gaoyouxianjibaowenyizhizhanyongzongxian

，diyouxianjibaowenyongyuanzhanyongbudaozongxian。dangxuyaobufenyunxubufenjinzhi
，yingshezhiceshibaowenyouxianjizaiyunxubaowenyubuyunxubaowenzhijian。

 

4、如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)測(ce)試(shi)指(zhi)定(ding)節(jie)點(dian)高(gao)負(fu)載(zai)率(lv)情(qing)況(kuang)下(xia)報(bao)文(wen)周(zhou)期(qi)特(te)性(xing)，發(fa)送(song)的(de)報(bao)文(wen)優(you)先(xian)級(ji)不(bu)能(neng)高(gao)於(yu)被(bei)測(ce)節(jie)點(dian)周(zhou)期(qi)特(te)性(xing)報(bao)文(wen)的(de)優(you)先(xian)級(ji)。如(ru)果(guo)被(bei)測(ce)節(jie)點(dian)滿(man)足(zu)周(zhou)期(qi)性(xing)，周(zhou)期(qi)到(dao)來(lai)後(hou)的(de)第(di)一(yi)個(ge)空(kong)閑(xian)後(hou)報(bao)文(wen)發(fa)送(song)就(jiu)可(ke)以(yi)仲(zhong)裁(cai)成(cheng)功(gong)將(jiang)該(gai)周(zhou)期(qi)報(bao)文(wen)成(cheng)功(gong)發(fa)送(song)。

 

5
、在某些CAN高層總線協議中，存在可變優先級字段，（依據請求發送等待時間變化優先級）。如果需要驗證報文優先級變化特性，所發送的報文優先級，需要使用高於初次請求優先級

，低於最高優先級的報文。

5 總結

 

CAN總線中，無論節點還是測試設備發送報文仲裁場應該不同，這樣可以避免因仲裁異常造成的錯誤出現。同樣在CAN測試時
，應依據測試目的選擇合理的CAN報文ID
，避免仲裁特性影響測試效果。

 

 

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