CAN总线错误处理机制详解

CAN总线错误处理机制详解

在工业场景中，稳定可靠远比先进更重要。对于通信系统而言，这一点同样适用。CAN（Controller Area Network）总线作为一种广泛应用于汽车和工业控制领域的串行通信协议，其卓越的错误处理机制确保了数据传输的完整性和系统的可靠性。本文将详细介绍CAN总线的流处理原理及其五种核心错误检测方法。

CAN流处理

在上一节中，我们介绍了如何确保CAN消息交互的有序进行。CAN通信基于优先级机制来发送消息。在CAN协议中，消息的优先级通过仲裁字段来设定。对于标准帧，消息标识符是11位；而对于扩展帧，消息标识符是29位。这种设计允许系统设计者在设计阶段就确定消息标识符。消息标识符越小，消息的优先级就越高。

仲裁机制的工作流程如下：

1. 总线空闲检测：发送者想要发送消息时，首先等待CAN总线变为空闲状态。
2. 发送起始位：如果CAN总线是空闲的，发送者会发送SOF（帧起始位）或者主导位来获取总线访问权。
3. 发送消息标识符：接着，发送者会以最高有效位的形式发送消息标识符位。
4. 仲裁过程：如果在发送隐性位的同时节点检测到总线上的主导位，这意味着该节点在仲裁中失败，因此会停止传输更多的位。
5. 等待和重发：发送者会等待，一旦总线空闲，就会重新发送消息。

通过这种方式，CAN总线确保了高优先级的消息能够优先被发送，同时也能够在多个节点同时尝试发送数据时，通过仲裁机制解决冲突，保证了CAN总线的高效和可靠通信。

五种错误检测方法

CAN总线系统的关键特性之一是其高效的错误检测和处理能力。系统包含五种错误检测方法，每种方法都旨在确保数据传输的完整性，如下所述：

• 位监测：CAN网络系统中的每个传输节点在传输时都会监测总线的状态。如果总线状态与预期状态不匹配，节点就知道发生了错误。

• 帧校验序列（FCS）：该字段包含一个基于帧内数据计算的循环冗余校验（CRC）值。每个接收节点计算自己的CRC值，并将其与接收到的FCS进行比较。如果两个值不匹配，节点就知道发生了错误。

• 确认检查：每个帧包含一个ACK位，所有其他节点都期望发送一个主导位来确认接收到帧。如果传输节点在ACK位上没有检测到主导位，它就知道发生了错误。

• 帧格式检查：每个帧都有特定的格式，包括预期出现主导位和隐位的特定位置。如果节点检测到违反此格式的情况，它就知道发生了错误。

• 错误帧：当节点使用上述任何方法检测到错误时，它会传输一个特殊的错误帧，以警告所有其他节点发生了错误。这导致所有节点丢弃当前帧，并等待正确帧的重传。当检测到错误时，检测到错误的节点会自动重传帧。这会一直持续，直到帧无错误地传输。如果一个节点检测到太多错误，它会进入错误被动状态，此时它只监听总线而不传输。如果错误继续发生，节点会进入总线关闭状态，此时它与总线断开连接。这种机制确保了一个有故障的节点不会干扰总线上的通信。