CAN总线的位定时与同步机制

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作者:

@小白创作中心

CAN总线的位定时与同步机制

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/m0_56208280/article/details/140646722

CAN时钟

CAN时钟是由系统时钟分频而来的一个长度值

CAN 的最小时间单位 Tq

Tq 为CAN时钟的一个周期，即 Tq = 1 / fcan

CAN的位时间

位时间表示一个二进制位在总线上传输所需要的时间

一个位可分为4个时间段
同步段
传播段
相位缓冲段1
相位缓冲段2
每个段又由若干个Tg构成，这称为位时序
波特率=1/位时间

1、位时序-同步段（Synchronization Segment）

功能：用于同步总线上的各个节点，多个连接在总线上的单元通过此段实现时序调整，同步进行接收和发送的工作
固定长度，1个时间份额。

2、位时序-传播段（Propagation Time Segment）

功能：用于补偿网络上的物理延迟的段
长度可编程（1…8个 Tq），应能保证为各延迟时间的和的两倍

延时时间的确认 –要求传播段时间为总线延时的两倍

3、位时序-相位缓冲段（Phase Buffer Segment）

相位缓冲段分为相位缓冲段1 和相位缓冲段2，两个相位缓冲段PBS1 和 PBS2 用于补偿总线上的边沿相位误差
长度可编程，不同的控制器，相位缓冲段 1 和相位缓冲段 2 的取值范围可能不完全一致。一般PBS1为1-8Tq，PBS2为2-8Tq。无特殊要求外，相位缓冲段1 和相位缓冲段2 的 Tq 数相同；并且 PBS1 ≤ PBS2
通过重同步可以延长PBS1或缩短PBS2，加长或缩短的最大长度为同步跳转宽度SJW

4、同步跳转宽度 SJW

因CAN总线没有时钟线而出现时钟频率偏差、传送延迟等，各单元有同步误差。
允许通过重同步对相位缓冲段1加长和相位缓冲段2缩短补偿此误差
SJW为补偿此误差的最大值，长度可以通过编程从1…4取值
因为 SJW的值 ≤ Min{PBS1，PBS2}
又因为 PBS1<PBS2
所以 SJW的取值范围是1…Min（PhaseSeg1，4)

5、采样点

为方便编程，很多CAN 模块将传播段与相位缓冲段1 合并为一个时间段
采样点就是指在相位缓冲段1的末端进行总线状态的采样
采样点是CAN控制器读取总线电平，并解释各个比特的逻辑值的时间点
合适的采样点位置是CAN控制器正常通信的的保证

6、简单示例

CAN时钟10MHz，波特率1Mbps，总线驱动器的延迟为50ns，接收电路的延迟为30ns，总线线路（40m）的延迟为220ns。

CANFD 的位时间、发送延迟补偿和二次采样点

1、CANFD的位时间

CANFD 和 CAN相同，分为4个时间段，作用也相同
-同步段
-传播段
-相位缓冲段1
-相位缓冲段2
CANFD的仲裁域波特率通常为 500 Kbps，数据域波特率为 2 Mbps，以CAN时钟频率为 20M（即 Tq为 50ns）为例：
仲裁场计算采样点：
对于仲裁场500k，传输一个bit位的时间1/500000s=2us，所以
2us/50ns=40个tq（即传输 1 bit 经历 40 Tq）
如果采样点设置为80%，则phase_seg2 = 40 - （sync_seg+prop_seg+phase_seg1）=40 - （40 * 80%）=40 - 32 = 8Tq
sync_seg 固定为 1Tq
phase_seg1 = phase_seg2 = 8Tq（未特殊说明，值一样）
prop_seg = 40 - sync_seg- phase_seg1 - phase_seg2 = 23Tq
在ET tresos中可以这样配置
数据场采样点计算：
对于数据场2Mkbs，传输一个bit位的时间1/2000000s=500ns,所以
500ns/50ns=10个tq（即传输 1 bit 经历 10 Tq）
如果采样点设置为80%，则phase_seg2 = 10 - （sync_seg+prop_seg+phase_seg1）=10 - （10 * 80%）=10 - 8 = 2Tq
sync_seg 固定为 1Tq
phase_seg1 = phase_seg2 = 2Tq（未特殊说明，值一样）
prop_seg = 40 - sync_seg- phase_seg1 - phase_seg2 = 5Tq
则对应在EB TRESOS中配置如下

2、CANFD的发送延迟补偿（TDC）

CAN控制器发送信号时，是经过收发器后发往CAN总线后，再经过收发器反馈总线信号。那么发送过程中，控制器发送位信号到接收位信号就不可避免地存在环路延迟。发送延迟时间的总和如下：

CAN控制器内部产生TX信号到Tx引脚的传播延迟；
Tx引脚到收发器TxD引脚的传播延迟；
收发器环路延迟TxD到RxD;
收发器RxD引脚到CAN控制器Rx引脚延迟；
CAN控制器Rx引脚到控制器内部收到Rx信号的延迟
CAN协议中规定：发送方发送位时，需检测接收到的位与发送是否一致，若不一致则产生错误帧（位错误）。如果发送延迟过长，则将直接导致发送与接收位不一致而产生错误帧。
由于传统CAN协议规定最高波特率为1Mbps，即位宽1us，正常情况下，传输延迟不会超过位宽的采样点（当然具体延迟取决于收发器环路延迟、传输距离、传输线缆质量等），因此不会因为发送延迟而产生错误。
在CANFD中，数据段的波特率是比CAN更高的（BRS位为隐性时），此时波特率越高，位宽越小，在发送报文时发送延迟影响越大，越容易产生位错误。由于发送延迟无法避免，此时就需要一种机制来保证发送与接收的位对应上，以避免产生位错误。这种机制就是发送延迟补偿了。
TDC实际上就是在发送BRS位为隐性的CANFD报文时（BRS隐性即开启数据域波特率），在发送时延迟一定时间后，在第二采样点采样接收位，以正确采样到发送位对应的接收位。

3、二次采样点和发送延迟测量

当开启TDC后，控制器将自动测量Tx信号线上FDF位到r0位下降沿与Rx信号线上FDF位到r0位边沿的之间的延迟时间，如下图中所示，TDCV即为延迟时间。发送延迟测量的时间单位为CAN控制器时钟（TDC寄存器中一般对TDCV的值有限制，若超过寄存器最大位数，则发送延迟测量失败）。

不同于采样点，第二采样点在CAN FD控制器接收其他节点发送报文的过程中并不会起到任何作用。在达到延迟时间后，控制器此时需要采样接收位，该采样点我们称为第二采样点（SSP=Second Sample Point）；第二采样点的作用，是在不改变传输延迟补偿的情况下，实现CAN FD在数据场的位错误检测要求。
Tssp = TDCV + TDCO
TDCV是接收到数据时的发送延迟时间，是当TDC使能的时候会自己自动计算的。
TDCO（TDC Offset）就是设置的正常采样点的时间。
一般TDCO设置与第一采样点一致，此外，ISO11898-1:2015中还对TDC做了一些规定：开启TDC后，数据段波特率的预分频值（DBRP）应设置为1或2；控制器实现TDC机制应能补偿至少两个位时间。
当CANFD数据域波特率大于1Mbps时，应开启TDC；
数据段波特率的预分频值（DBRP）建议设置为1或2；
第二采样点SSP=发送延迟测量值TD + Offset, 其中Offset设置与第一采样点一致或早1Tq。