CAN節(jié)點數(shù)據(jù)收發(fā)過程

　　了解CAN節(jié)點在總線上數(shù)據(jù)上的收發(fā)過程很重要，之前的一篇文章講解了一些CAN總線的錯誤處理機制，但是那些都是理論上的東西，如果不深入了解CAN總線上的數(shù)據(jù)收發(fā)過程，理解那些理論的東西難免有些晦澀。

　　我們知道CAN總線上的每個節(jié)點往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時會同時讀取總線上的數(shù)據(jù)，并與自己發(fā)送的數(shù)據(jù)作對比。

　　CAN信息發(fā)送成功后，在這個間隙內，接收節(jié)點可以準備要回復的信息，也就是把應答場填充為顯性0，在發(fā)送時其為隱性1應答過程可能如下：當信息傳輸?shù)?a target="_blank">ACK前的Del時，可以認為信息已經(jīng)傳輸完畢，接收節(jié)點也接收到了足夠的信息來檢測接收的信息是否正確，所以這時接收節(jié)點就會檢測信號是否正確，如果正確，就將ACK置位為顯性0，注意這時，發(fā)送節(jié)點因為還在發(fā)送而接收節(jié)點又將ACK信息置位為1，所以它就會在回讀時檢測到ACK為0，判斷接收成功。注意：這其中有個接收節(jié)點用顯性覆蓋隱性---覆蓋ACK位的過程，覆蓋+回讀。

　　ACK前后各加一個Del，就是為了考慮到時間誤差，讓接收節(jié)點有足夠的時間對ACK確認。這個過程說明，CAN發(fā)送是個雙向互動的過程，發(fā)送節(jié)點一邊發(fā)送，一邊對節(jié)點進行回收確認數(shù)據(jù)正確，而接收節(jié)點也時刻接收，并在正確的時間將ACK設置為1。

　　CAN總線錯誤

　　CAN總線錯誤分別有發(fā)送和接收錯誤計數(shù)，計數(shù)達到一定的累計以后就會產(chǎn)生CAN BUS OFF， 這說明CAN總線上出現(xiàn)了嚴重的錯誤。如下圖CAN總線產(chǎn)生錯誤后的狀態(tài)轉換機制：

　　如果出現(xiàn)了BUS OFF，總線上的節(jié)點需要做一些動作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)US OFF的根源。

　　CAN總線分析的一些工具和文檔：

　　CAN分析儀或者邏輯分析儀數(shù)字示波器相關的軟件debug工具CAN控制器芯片數(shù)據(jù)手冊，這很重要硬件電路圖CAN協(xié)議文檔相關版本的Linux內核源碼

　　CAN節(jié)點發(fā)送錯誤不成功

　　問題描述與分析

　　掛載在CAN總線上的一個節(jié)點向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)不成功，用邏輯分析儀也看不到任何波形。PS： 這應該是我碰到的最坑爹的事情了。下面具體來看看怎么不成功。于是調試中斷查看CAN_STATUS即CAN狀態(tài)寄存器顯示0xE5， 查看CPU數(shù)據(jù)手冊：

　　CAN總線狀態(tài)直接進入了BUS OFF狀態(tài)，這意味著錯誤計數(shù)已經(jīng)超限，查看CPU收發(fā)寄存器的收發(fā)錯誤計數(shù)顯示發(fā)送錯誤計數(shù)TEC達到248， 接收錯誤計數(shù)為0；這很明顯，數(shù)據(jù)壓根沒有發(fā)送到總線上。

　　再進一步查看寄存器值LEC即LAST ERROR CODE 最后一個錯誤代碼， 顯示是BIT0 ERROR：

　　查看上面的錯誤代碼表可知，BIT0錯誤也就是在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，雖然CAN節(jié)點設備想要發(fā)送一個顯性位，也就是邏輯0，但是CAN總線同時監(jiān)聽到總線上的數(shù)據(jù)位為隱性位，即邏輯1。這意味著CAN core往總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)第一位就已經(jīng)出錯了，壓根沒有將數(shù)據(jù)經(jīng)過CAN收發(fā)器傳送到CAN總線上。

　　一直在使用CAN總線的我廠和我從來沒遇到這等奇事，但是由于是新的CPU的開發(fā)所以在懷疑硬件的問題的同時也在排查軟件問題，但是經(jīng)過一陣排查，沒有發(fā)現(xiàn)軟件上的問題。回頭再分析硬件，又經(jīng)過一陣排查溯源，發(fā)現(xiàn)CPU的CAN收發(fā)線與CAN收發(fā)氣的收發(fā)線接反，直接崩潰（PS： 硬件的大哥你能不能不要坑小弟）：

　　總結

　　CAN節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)不成功，首先分析是不是CAN控制器本身的問題，查看CPU中的CAN core的狀態(tài)寄存器，分析是否有BUS OFF， 如果存在BUS OFF， 則進一步查看具體的錯誤信息，是主動的錯誤還是被動的錯，發(fā)送錯誤計數(shù)有沒有超限，最后一次發(fā)生的錯誤狀態(tài)是什么，查看是位填充錯誤還是格式錯誤等其他錯誤，然后具體問題具體分析。這種錯誤一般是有硬件發(fā)送線路出現(xiàn)問題引起，例如光隔次邊不導通，發(fā)送接口接觸不良等，再則是一些奇葩的錯誤，例如本例，收發(fā)線直接接反了，坑爹啊！

　　CAN Socket 的CAN節(jié)點檢測到錯誤幀

　　問題描述

　　我們看到以下的CAN Socket日志，在38秒內的三個錯誤幀，但是并沒有引起總線的BUS OFF，這說明總線上檢測到了錯誤，有可能受到了干擾，也有可能是數(shù)據(jù)發(fā)送太密集導致的總線過載，但是在這38秒內出現(xiàn)錯誤，但是期間又恢復正常。

　　CAN ID ： 0x20000004 = 10 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100， 即仲裁域的值。

　　Linux內核源碼分析

　　因為出現(xiàn)此錯誤的是我廠的CAN控制器CPU TI 公司的AM3352， 內核版本為Linux 3.2.0

　　所以我們通過內核來看內核CAN錯誤can_id的定義：

　　［cpp］

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　　/* error class （mask） in can_id */ #define CAN_ERR_TX_TIMEOUT 0x00000001U /* TX timeout （by netdevice driver） */ #define CAN_ERR_LOSTARB 0x00000002U /* lost arbitration / data［0］ */ #define CAN_ERR_CRTL 0x00000004U /* controller problems / data［1］ */ #define CAN_ERR_PROT 0x00000008U /* protocol violations / data［2..3］ */ #define CAN_ERR_TRX 0x00000010U /* transceiver status / data［4］ */ #define CAN_ERR_ACK 0x00000020U /* received no ACK on transmission */ #define CAN_ERR_BUSOFF 0x00000040U /* bus off */ #define CAN_ERR_BUSERROR 0x00000080U /* bus error （may flood！） */ #define CAN_ERR_RESTARTED 0x00000100U /* controller restarted */

　　/* error class （mask） in can_id */ #define CAN_ERR_TX_TIMEOUT 0x00000001U /* TX timeout （by netdevice driver） */ #define CAN_ERR_LOSTARB 0x00000002U /* lost arbitration / data［0］ */ #define CAN_ERR_CRTL 0x00000004U /* controller problems / data［1］ */ #define CAN_ERR_PROT 0x00000008U /* protocol violations / data［2..3］ */ #define CAN_ERR_TRX 0x00000010U /* transceiver status / data［4］ */ #define CAN_ERR_ACK 0x00000020U /* received no ACK on transmission */ #define CAN_ERR_BUSOFF 0x00000040U /* bus off */ #define CAN_ERR_BUSERROR 0x00000080U /* bus error （may flood！） */ #define CAN_ERR_RESTARTED 0x00000100U /* controller restarted */

　　由錯誤幀CAN ID ： 0x20000004 = 10 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100， 去除最高為的1（SOFZ幀起始位？），因為仲裁位是29位，所以應該是0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 =0x00000004，既不是CAN_ERR_BUSOFF也不是CAN_ERR_BUSERROR， 而是CAN_ERR_CTRL，

　　即CAN控制器的問題，而我們在看data［1］描述的CAN 控制器錯誤類型描述：

　　［cpp］

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　　/* error status of CAN-controller / data［1］ */ #define CAN_ERR_CRTL_UNSPEC 0x00 /* unspecified */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_OVERFLOW 0x01 /* RX buffer overflow */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_OVERFLOW 0x02 /* TX buffer overflow */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING 0x04 /* reached warning level for RX errors */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_WARNING 0x08 /* reached warning level for TX errors */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_PASSIVE 0x10 /* reached error passive status RX */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_PASSIVE 0x20 /* reached error passive status TX */

　　/* error status of CAN-controller / data［1］ */ #define CAN_ERR_CRTL_UNSPEC 0x00 /* unspecified */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_OVERFLOW 0x01 /* RX buffer overflow */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_OVERFLOW 0x02 /* TX buffer overflow */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING 0x04 /* reached warning level for RX errors */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_WARNING 0x08 /* reached warning level for TX errors */ #define CAN_ERR_CRTL_RX_PASSIVE 0x10 /* reached error passive status RX */ #define CAN_ERR_CRTL_TX_PASSIVE 0x20 /* reached error passive status TX */

　　我們再看我們截取的錯誤幀數(shù)據(jù)報文中顯示data［1］ = 0x04，如下圖所示：

　　即具體錯誤為：

　　#define CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING 0x04 /* reached warning level for RX errors */

　　也就是說CAN 控制器接收錯誤計數(shù)達到了警告的級別，需要提出警告，如果再這樣下去CAN控制器就要過載了，甚至會引起總線的BUS OFF.

　　我們再回頭看內核源碼對此錯誤的處理：產(chǎn)生data［1］ = CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING 錯誤的內核源函數(shù)為：

　　［cpp］

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　　static int ti_hecc_error（struct net_device *ndev， int int_status， int err_status）

　　static int ti_hecc_error（struct net_device *ndev， int int_status， int err_status）

　　HECC也就是TI公司高速終端CAN控制器的簡稱，用以上的函數(shù)描述TI CAN core的錯誤處理，如下，我們可以看到也就是CAN控制器接收錯誤計數(shù)REC大于96的時候內核就會報此錯誤

　　［cpp］

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　　if （int_status & HECC_CANGIF_WLIF） { /* warning level int */ if （（int_status & HECC_CANGIF_BOIF） == 0） { priv-》can.state = CAN_STATE_ERROR_WARNING; ++priv-》can.can_stats.error_warning; cf-》can_id |= CAN_ERR_CRTL; if （hecc_read（priv， HECC_CANTEC） 》 96） cf-》data［1］ |= CAN_ERR_CRTL_TX_WARNING; if （hecc_read（priv， HECC_CANREC） 》 96） cf-》data［1］ |= CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING; } hecc_set_bit（priv， HECC_CANES， HECC_CANES_EW）; dev_dbg（priv-》ndev-》dev.parent， “Error Warning interrupt\n”）; hecc_clear_bit（priv， HECC_CANMC， HECC_CANMC_CCR）; } if （int_status & HECC_CANGIF_WLIF） { /* warning level int */ if （（int_status & HECC_CANGIF_BOIF） == 0） { priv-》can.state = CAN_STATE_ERROR_WARNING; ++priv-》can.can_stats.error_warning; cf-》can_id |= CAN_ERR_CRTL; if （hecc_read（priv， HECC_CANTEC） 》 96） cf-》data［1］ |= CAN_ERR_CRTL_TX_WARNING; if （hecc_read（priv， HECC_CANREC） 》 96） cf-》data［1］ |= CAN_ERR_CRTL_RX_WARNING; } hecc_set_bit（priv， HECC_CANES， HECC_CANES_EW）; dev_dbg（priv-》ndev-》dev.parent， “Error Warning interrupt\n”）; hecc_clear_bit（priv， HECC_CANMC， HECC_CANMC_CCR）; }

　　總結

　　出現(xiàn)這個錯誤警告的原因很可能是：

　　此CAN總線上有干擾，導致CAN控制器發(fā)生接收錯誤，CAN總線上的信號經(jīng)過收發(fā)器轉化為差分電平信號，此時信號容易受到外界干擾，這樣容易使CAN控制器發(fā)生接收錯誤，接收錯誤寄存器接收錯誤計數(shù)累計到一定值后會報此錯誤，如果錯誤計數(shù)達到一定程度甚至會導致總線關閉也就是BUS

　　OFF. 如果最終確認是由于干擾引起的錯誤計數(shù)累計，則應該排查干擾源，然后增加抗干擾措施。

　　此CAN節(jié)點經(jīng)過消息濾波后仍然需要接收大量的消息，導致CPU中的CAN控制器接收出錯，并且錯誤計數(shù)達到了錯誤警告的上限。但是慶幸的是總線仍然沒有過載，總線還可以正常收發(fā)數(shù)據(jù)，沒有引起B(yǎng)US

　　OFF。但是對于一個安全可靠控制系統(tǒng)，這樣的警告是絕對不允許的。我們需要通過一些手段去避免這樣的問題出現(xiàn)，例如降低總線數(shù)據(jù)并發(fā)量，降低總線負載。

　　CAN總線設備離線與錯誤恢復

　　這種問題同樣很詭異，但是似乎又是比較常見的問題，這樣的問題出現(xiàn)的情況往往比較多，例如CAN節(jié)Power off也就是電斷了，總線上也就肯定監(jiān)聽不到此CAN節(jié)點的心跳，或是CAN總線節(jié)點沒有及時發(fā)送心跳，阻塞在任務處理里，又或是此CAN節(jié)點物理接線和總線斷開，等等原因很多。

　　我這里要說的一種情況是我廠碰到的另一種問題。