CAN通讯协议学习
介绍
它是一种异步通讯,can_high和can_low两条线利用的是电位差传输信号,抗干扰能力强,但是必须要有can控制器如TJA1050(我的开发板)
当 CAN 节点需要发送数据时,控制器把要发送的二进制编码通过 CAN_Tx 线发送到收发器,然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号,通过差分线 CAN_High 和 CAN_Low 线输出到 CAN 总线网络。而通过收发器接收总线上的数据到控制器时,则是相反的过程,收发器把总线上收到的 CAN_High 及 CAN_Low 信号转化成普通的逻辑电平信号,通过 CAN_Rx 输出到控制器中。
位时序
他是异步通信,想uart,没有时钟信号线,连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样,节点间使用约定好的波特率进行通讯,特别地,CAN 还会使用“位同步”的方式来抗干扰、吸收误差,实现对总线电平信号进行正确的采样,确保通讯正常。
为了实现位同步,CAN 协议把每一个数据位的时序分解成如图 CAN 位时序分解图 所示的 SS 段、PTS 段、PBS1 段、PBS2 段,这四段的长度加起来即为一个 CAN 数据位的长度。分解后最小的时间单位是 Tq,而一个完整的位由 8~25 个 Tq 组成。
- SS段(SYNC SEG):同步段,固定1Tq
- PTS 段 (PROP SEG):传播时间段,用于补偿网络的物理延时时间。是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。PTS 段的大小可以为 1~8Tq
- PBS1 段 (PHASE SEG1):相位缓冲段,用来补偿边沿阶段的误差,它的时间长度在重新同步的时候可以加长。PBS1 段的初始大小可以为 1~8Tq。
- PBS2 段 (PHASE SEG2):是另一个相位缓冲段,也是用来补偿边沿阶段误差的,它的时间长度在重新同步时可以缩短。PBS2 段的初始大小可以为 2~8Tq。
波特率
总线上的各个通讯节点只要约定好 1 个 Tq 的时间长度以及每一个数据位占据多少个 Tq,就可以确定 CAN 通讯的波特率。
假设上图中的 1Tq=1us,而每个数据位由 19 个 Tq 组成,则传输一位数据需要时间 T1bit=19us,从而每秒可以传输的数据位个数为:
这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。
同步过程分析
硬同步
可以看到当总线出现帧起始信号时,某节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的 SS 段范围,所以判断它自己的内部时序与总线不同步,因而这个状态的采样点采集得的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整,把自己的位时序中的 SS 段平移至总线出现下降沿的部分,获得同步,同步后采样点就可以采集得正确数据了。
重新同步
重新同步的方式分为超前和滞后两种情况,以总线跳变沿与 SS 段的相对位置进行区分。第一种相位超前的情况如图相位超前时的重新同步 ,节点从总线的边沿跳变中,检测到它内部的时序比总线的时序相对超前 2Tq,这时控制器在下一个位时序中的 PBS1 段增加 2Tq 的时间长度,使得节点与总线时序重新同步。
第二种相位滞后的情况如图相位滞后时的重新同步 ,节点从总线的边沿跳变中,检测到它的时序比总线的时序相对滞后 2Tq,这时控制器在前一个位时序中的 PBS2 段减少 2Tq 的时间长度,获得同步。
在重新同步的时候,PBS1 和 PBS2 中增加或减少的这段时间长度被定义为“重新同步补偿宽度SJW (reSynchronization Jump Width)”
重新同步补偿宽度(SJW)
一般来说 CAN 控制器会限定 SJW 的最大值,如限定了最大 SJW=3Tq 时,单次同步调整的时候不能增加或减少超过 3Tq 的时间长度,若有需要,控制器会通过多次小幅度调整来实现同步。当控制器设置的 SJW 极限值较大时,可以吸收的误差加大,但通讯的速度会下降。
简单说:就是SJW会帮他重新对齐时序,SWJ值就是对齐一次的幅度值
报文
在原始数据段的前面加上传输起始标签、片选 (识别) 标签和控制标签,在数据的尾段加上 CRC校验标签、应答标签和传输结束标签,把这些内容按特定的格式打包好,就可以用一个通道表达各种信号了,只要这些设备按格式去解读,就能还原出原始数据,这样的报文就被称为 CAN 的“数据帧”。
为了更有效地控制通讯,CAN 一共规定了 5 种类型的帧
帧 | 帧用途 |
---|---|
数据帧 | 用于节点向外传送数据 |
遥控帧 | 用于向远端节点请求数据 |
错误帧 | 用于向远端节点通知校验错误 |
过载帧 | 用于通知远端节点:本节点尚未做好接收准备 |
帧间隔 | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来 |
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