在我們使用CAN通信的時候，難免會因為各種各樣的情況遇到錯誤幀，那到底什么情況會導(dǎo)致錯誤幀呢？今天一起來分享一下。
首先我們回憶一下哪些情況會導(dǎo)致錯誤幀。
1.CRC校驗錯誤。為了增加通信的準(zhǔn)確性， 保證發(fā)送節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)等于接收節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)， CAN數(shù)據(jù)幀中加入了CRC校驗功能， 即發(fā)送節(jié)點對數(shù)據(jù)幀中起始段、 仲裁段、 控制端和數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)通過某種算法計算得到一個CRC值， 并將該值填入CRC段中 （CRC段由15個bit位的數(shù)值段和1個bit位的界定符組成， CAN控制器計算的CRC值就存在前15個bit位的數(shù)值段中）， 然后向總線上發(fā)送， 接收節(jié)點收到數(shù)據(jù)后， 會對同樣數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)以同樣的算法進(jìn)行CRC計算， 并將計算結(jié)果與數(shù)據(jù)幀中的CRC值進(jìn)行比對， 當(dāng)接收節(jié)點計算得到的CRC值與發(fā)送節(jié)點發(fā)送的CRC值不一致時會發(fā)生CRC校驗錯誤，并由接收節(jié)點向總線發(fā)送CRC校驗錯誤幀， 該功能由CAN控制器自動完成。
2.格式錯誤。如果總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀格式與協(xié)議規(guī)定的幀格式不符合， 就會發(fā)生格式錯誤。比如， 在數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀中的CRC段、 ACK段和幀結(jié)束段EOF， 存在1個bit位的CRC界定符、 1個bit位的ACK界定符和7個bit位的幀結(jié)束符， 它們均被定義為隱性電平， 如圖2所示， 若在這些位置上出現(xiàn)顯性電平， 則視為一種格式錯誤， 接收節(jié)點和發(fā)送節(jié)點都可能向總線發(fā)送該種類型錯誤幀。
3.應(yīng)答錯誤。發(fā)送節(jié)點向總線發(fā)送數(shù)據(jù)幀時， 會在ACK段發(fā)送2個隱性位， 接收節(jié)點在收到CRC序列后， 如果接收過程沒有出現(xiàn)錯誤， 接收節(jié)點會在ACK段的第1位發(fā)出一個顯性電平， 該顯性電平會覆蓋原來發(fā)送節(jié)點發(fā)出的隱性電平， 因此發(fā)送節(jié)點可以監(jiān)測總線上該位是否為顯性位來判斷該數(shù)據(jù)幀是否傳輸成功。如果發(fā)送節(jié)點在ACK段的第1位沒有監(jiān)測到接收節(jié)點發(fā)出的顯性電平，就意味著沒有任何節(jié)點接收到該幀， 此時將發(fā)生應(yīng)答錯誤。即一個網(wǎng)絡(luò)中如果只有單個CAN節(jié)點， 單個節(jié)點的CAN設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)幀時將會發(fā)生該錯誤 （沒有接收節(jié)點，不會有節(jié)點對數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生應(yīng) 答） ， 并由發(fā)送節(jié)點向總線發(fā)出該錯誤幀。
4.位發(fā)送錯誤。發(fā)送節(jié)點向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時， 同時也會監(jiān)控發(fā)送的數(shù)據(jù)與總線上實際數(shù)據(jù)是否一致。如果發(fā)送節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)總線電平與正在發(fā)送的信號電平不符， 將發(fā)生位發(fā)送錯誤， 位發(fā)送錯誤幀由發(fā)送節(jié)點向總線發(fā)出。
5.位填充錯誤。為了使收發(fā)節(jié)點保持同步以便接收節(jié)點正確接收信號， 接收節(jié)點需要在邊沿信號處進(jìn)行重新同步。為了避免總線上長時間不出現(xiàn)邊沿信號， 協(xié)議規(guī)定發(fā)送節(jié)點的數(shù)據(jù)鏈路層能夠發(fā)送的連續(xù)相同位最大個數(shù)為5， 若連續(xù)相同位個數(shù)達(dá)到5個， 需要在其后添加一個相反的位， 使總線上信號電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 從而接收節(jié)點得以進(jìn)行重新同步， 即位填充規(guī)則 （位填充區(qū)域包含幀起始、 仲裁域、 控制域、 數(shù)據(jù)域和15位CRC， 不包含CRC界定符、 ACK段和EOF）。如果發(fā)送節(jié)點向總線上傳輸信號時違反了位填充規(guī)則， 接收節(jié)點檢測到連續(xù)6個極性相同的位序列時， 將發(fā)生位填充錯誤， 并向總線發(fā)送錯誤幀。
那有哪些情況會導(dǎo)致錯誤幀呢？
1. CAN總線過長。CAN通信距離與通信速率緊密相關(guān)，波特率越高，CAN通信距離越短，反之波特率越低， CAN通信距離越長。當(dāng)總線支線過長時，線束的阻抗和容抗會增大， 下降沿容易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，容易導(dǎo)致位寬度失調(diào)，從而使接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)錯誤， 同時向總線發(fā)出錯誤幀。為了保證正常通信，需要減小CAN終端電阻，線束越長，電阻值越小，但一般不小于30Ω，否則會使顯性位差值過小，不滿足ISO 11898要求。
2.總線電容過大。CAN收發(fā)器為了實現(xiàn)CAN的仲裁與錯誤處理， 采用單向驅(qū)動結(jié)構(gòu)， 即CAN波形的上升沿有驅(qū)動， 而下降沿是通過整條總線與終端電阻放電產(chǎn)生的， 所以終端電阻的第一作用是放電。因此， CAN節(jié)點及CAN線束的電容會影響整個網(wǎng)絡(luò)的電容， 電容越大， 下降邊沿越緩， 導(dǎo)致接收節(jié)點發(fā)生位采樣錯誤， 從而導(dǎo)致錯誤幀的產(chǎn)生。一般需要保證CAN線電容在40~70pF/m范圍內(nèi)。
3.波特率配置錯誤。為了使接收方能夠正確地解析數(shù)據(jù)， 通信雙方需要提前約定波特率。軟 件 中可以直接配置相應(yīng)的寄存器即可配置波特率， 例如， 當(dāng)整車波特率為500kB時 ，此時位時間為2us， 那么發(fā)送方就可以按照2us的位時間發(fā)送數(shù)據(jù)， 接收方每隔2us對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。因此， 如果同一CAN網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點配置的波特率不一致， 總線會出現(xiàn)錯誤幀， 收發(fā)節(jié)點是無法正常通信的。
4.采樣點設(shè)置錯誤。采樣點是CAN控制器讀取總線電平并解釋各個比特位邏輯值的時間點。由于CAN報文的一個位時間由若干個Tq組成 （CAN控制器的最小時間周期稱作時間份額Tq， 它是通過對芯片晶振周期進(jìn)行分頻而得來的），通常為8~25個，同時根據(jù)功能分為4個階段：同步段、 傳播段、 相位緩沖段1和相位緩沖段2。采樣點即為在某位時間內(nèi)讀取總線電平的時刻， 如圖6所示。采樣時刻的設(shè)置通過配置寄存器決定， 對于同一CAN整車網(wǎng)絡(luò)， 各個節(jié)點應(yīng)該盡量使用相同的采樣點位置， 否則容易出現(xiàn)采樣錯誤， 進(jìn)而使整個網(wǎng)絡(luò)的通信出現(xiàn)故障。
5.收發(fā)報文報文ID沖突。ID是數(shù)據(jù)幀中仲裁段的組成部分， ID的大小決定了總線上節(jié)點沖突時各節(jié)點發(fā)送順序， 整車上通信的報文數(shù)量級在幾十甚至上百， 如果這些報文的ID重復(fù)， 總線上會出現(xiàn)錯誤幀。
6.總線干擾過大問題。其新能源電動汽車和發(fā)電機(jī)組等存在變頻器、 逆變器、 電機(jī)驅(qū)動、繼電器、 電磁閥等電流劇烈變化的線纜或設(shè)備， CAN整車通信信號受到的電磁干擾尤為顯著。為此整車上往往采用提高CAN雙絞程度、 加單雙屏蔽層、 使用CAN隔離模塊、弱電遠(yuǎn)離強(qiáng)電優(yōu)化布線等方式以提高整車CAN通信抗干擾能力。此外，使用低阻抗、 低容抗的CAN線也可以提高信號品質(zhì)， 提高抗干擾能力。
轉(zhuǎn)自汽車ECU開發(fā)
