CAN怎樣處理錯誤

錯誤處理內(nèi)建在CAN協(xié)議中，對CAN系統(tǒng)的運行十分重要。錯誤處理的目標(biāo)是檢測CAN總線上出現(xiàn)的報文中的錯誤，從而傳送器可以重傳出錯的報文。總線上的每個CAN控制器都會嘗試檢測報文中的錯誤。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點將傳送一個錯誤標(biāo)志，從而中斷總線通信。其它節(jié)點將檢測錯誤標(biāo)志導(dǎo)致的錯誤（如果它們尚未檢測到初始錯誤）并采取合適的措施（例如丟棄當(dāng)前報文）。

每個節(jié)點維護兩個錯誤計數(shù)器：傳送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器。有幾個規(guī)則規(guī)定這些計數(shù)器怎樣增加和/或減少計數(shù)。總的來講，檢測到故障的傳送器增加其傳送錯誤計數(shù)器比偵聽節(jié)點增加其接收錯誤計數(shù)器要快。這是因為，很有可能是傳送器發(fā)生了故障！當(dāng)任何錯誤計數(shù)器增加到超過某個值時，節(jié)點將首先進入“錯誤被動”，也就是說，它在檢測到錯誤時不會積極地阻止總線通信，然后“離開總線”，這意味著節(jié)點根本不參與總線通信。

使用錯誤計數(shù)器，CAN節(jié)點不但可以檢測故障，而且可以執(zhí)行錯誤限制。

錯誤檢測機制

CAN協(xié)議定義了五種以上不同的方法來檢測錯誤。其中兩種工作在位層次，另外三種工作在報文層次。

位監(jiān)視

位填充

幀檢查

應(yīng)答檢查

循環(huán)冗余檢查

1. 位監(jiān)視

CAN總線上的每個傳送器都會監(jiān)視（也就是回讀）傳送的信號電平。如果真正讀到的位電平與傳送的位電平不同，會發(fā)出信號指示位錯誤（仲裁過程中不會發(fā)出位錯誤）。

2. 位填充

節(jié)點連續(xù)發(fā)送五個具有相同電平的位后，將在發(fā)送出去的位流中加上第六個相反電平的位。接收方將刪除這個額外的位。這樣做是為了避免總線上出現(xiàn)過度的直流電成分，但它同時也給予了接收方檢測錯誤的額外機會：如果總線上出現(xiàn)五個以上相同電平的連續(xù)位，會發(fā)出信號指示填充錯誤。

3. 幀檢查

CAN報文的一些部分具有固定的格式，也就是說，標(biāo)準(zhǔn)明確定義了何種電平和何時出現(xiàn)這種電平（CRC定界符、ACK定界符、幀結(jié)束以及間歇，但是間歇還有一些另外的特殊錯誤檢查規(guī)則）。如果一個CAN控制器在這些固定字段中的一個中檢測到無效值，將發(fā)出組成錯誤。

4. 應(yīng)答檢查

總線上正確接收報文的所有節(jié)點（不管這些節(jié)點是否對報文內(nèi)容“感興趣”）預(yù)期將在報文中所謂的應(yīng)答時隙中發(fā)送一個顯性電平。這是，發(fā)送方將發(fā)送一個隱性電平。如果發(fā)送方無法在應(yīng)答時隙中檢測到顯性電平，會發(fā)出應(yīng)答錯誤的信號。

5. 循環(huán)冗余檢查

每個報文都包含一個15位的循環(huán)冗余校驗和（CRC）。節(jié)點如果在報文中檢測到與自己計算所得不同的CRC，將發(fā)出CRC錯誤的信號。

錯誤限制機制

總線上的每個CAN控制器都將在每個報文中嘗試檢測以上列出的錯誤。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)現(xiàn)節(jié)點將發(fā)送一個錯誤標(biāo)志，從而停止總線通信。其它節(jié)點將檢測到由錯誤標(biāo)志引發(fā)的錯誤（如果它們尚未檢測到原始錯誤）并采取恰當(dāng)?shù)拇胧ㄒ簿褪莵G棄當(dāng)前報文）。

每個節(jié)點維護兩個錯誤計數(shù)器：傳送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器。有幾個規(guī)則規(guī)定這些計數(shù)器怎樣增加和/或減少計數(shù)。總的來講，檢測到故障的傳送器增加其傳送錯誤計數(shù)器比偵聽節(jié)點增加其接收錯誤計數(shù)器要快。這是因為很有可能是傳送器發(fā)生了故障！

節(jié)點開始時處于主動錯誤模式。當(dāng)兩個錯誤計數(shù)器中的任何一個的計數(shù)超過127時，當(dāng)兩個錯誤計數(shù)器中的任何一個計數(shù)超過127時，節(jié)點將進入稱為被動錯誤的狀態(tài)。當(dāng)傳送錯誤計數(shù)器達到255以上時，節(jié)點將進入總線離線狀態(tài)。

1.主動錯誤節(jié)點將在檢測到錯誤時發(fā)送主動錯誤標(biāo)志。

2.被動錯誤節(jié)點將在檢測到錯誤時發(fā)送被動錯誤標(biāo)志。

3.總線離線節(jié)點不會在總線上傳送任何內(nèi)容。

增加和減少錯誤計數(shù)器的規(guī)則略顯復(fù)雜，但是原理比較簡單：傳送錯誤的步進為8個錯誤點數(shù)，而接收錯誤的步進為1個錯誤點數(shù)。正確傳送和/或接收的報文會減小計數(shù)器值。

示例（稍加簡化）：假設(shè)總線上的節(jié)點A運氣不好。不管什么時候A發(fā)送報文都發(fā)生失敗（由于種種原因）。每次失敗時，它的傳送錯誤計數(shù)器增加8并發(fā)送主動錯誤標(biāo)志。然后它將嘗試重傳報文，但是一直失敗。

當(dāng)傳送錯誤計數(shù)器超過127時（也就是在16次嘗試之后），節(jié)點A進入被動錯誤模式。區(qū)別在于，它現(xiàn)在將在總線上傳送被動錯誤標(biāo)志。被動錯誤標(biāo)志包含6個隱性位，不會影響其它的總線通信，所以其它節(jié)點不會偵聽到有關(guān)總線錯誤的反饋。但是，A繼續(xù)增加其傳送錯誤計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)值超過255時，節(jié)點A最終放棄傳送并進入總線離線模式。

其它節(jié)點怎樣響應(yīng)節(jié)點A？對于A傳送的每個主動錯誤標(biāo)志，其它節(jié)點將為其接收錯誤計數(shù)器增加1。當(dāng)A進入總線離線狀態(tài)時，其它節(jié)點的接收錯誤計數(shù)器的計數(shù)大大低于錯誤被動的限制值（127）。每次正確收到一條報文，這個計數(shù)值將減1。但是，節(jié)點A將停留在總線離線狀態(tài)。

大部分CAN控制器將為兩種狀態(tài)提供狀態(tài)位（和相應(yīng)的中斷）：

“錯誤警告” – 一個或兩個錯誤計數(shù)器的計數(shù)超過96

“總線離線”，如上所述。

一些控制器（但不是所有）還為被動錯誤狀態(tài)提供一個位。一些控制器還可以直接訪問錯誤計數(shù)器。

CAN控制器在發(fā)生錯誤時自動重傳報文的特性有時候會很煩人。市場上至少有一種控制器（飛利浦公司生產(chǎn)的SJA1000）允許對錯誤處理完全人工控制。

總線故障模式

ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)列出了CAN總線線纜的幾種故障模式：

1.CAN_H中斷

2.CAN_L中斷

3.CAN_H短路到電池電壓

4.CAN_L短路到接地

5.CAN_H短路到接地

6.CAN_L短路到電池電壓

7.CAN_L短路到CAN_H線路

8.CAN_H和CAN_L在同一個位置中斷

9.丟失到終端網(wǎng)絡(luò)的連接

對于故障1-6和9，建議減小S/N比率保持總線繼續(xù)工作。對于故障8，建議保持產(chǎn)生的子系統(tǒng)繼續(xù)工作。對于故障7，可以選擇減小S/N比率繼續(xù)工作。

實踐中，使用82C250類型收發(fā)器的CAN系統(tǒng)無法在發(fā)生故障1-7時繼續(xù)工作，在發(fā)生故障8-9時可能無法繼續(xù)工作。

但是，存在諸如TJA1053等容錯能力強的驅(qū)動程序可以處理所有故障。通常，獲得這種容錯能力的代價是最大速度受到限制。對于TJA1053，最大速度是125kbps。