1 CAN總線錯誤類型

為了防止故障節點干擾甚至阻塞整個CAN網絡系統，CAN協議實現了復雜的故障限制機制。為了保證通信的正常，CAN 2.0 總線協議總線中各節點需要采取以下措施進行錯誤檢測：

監視(對發送位的電平與被監控的總線電平進行比較)

循環冗余檢查

位填充

報文格式檢查

CAN協議具有檢測錯誤的能力。但是如果發生錯誤，它無法糾正錯誤。因此，如果發生錯誤，檢測到的節點或ECU將向CAN網絡發送錯誤幀。與之相對應的CAN 2.0 總線協議定義參與通信的CAN節點錯誤類型如下：

位錯誤(Bit Error) 發送的位值和總線監視的位值不相符合時，檢測到一個位錯誤(除仲裁場、應答場外);

填充錯誤(Stuff Error)

如果在使用位填充編碼的位流中，出現了第六個連續相同的位電平，將檢測到一個位填充錯誤;

形式錯誤 (Form Error)

當一個固定形式的位場含有一個或多個非法位時，將檢測到一個形式錯誤;

應答錯誤 (Acknowledgment Error)

在應答間隙(ACK SLOT)所監視的位不為“顯性”，則會檢測到一個應答錯誤;

CRC 錯誤(CRC Error)

如果接收器的CRC結果和發送器的CRC結果不同，將檢測到一個CRC錯誤。

2 CAN總線錯誤處理機制

每個CAN控制器都有自己的CAN總線錯誤處理程序。為了處理這個問題，每個CAN控制器有兩個計數器寄存器(0 – 255)，即：發送錯誤計數器 (TEC) 和接收錯誤計數器 (REC) 。如果5個錯誤中發生任何一個發生錯誤，它將根據錯誤類型增加 TEC 或 REC。Tips：一個特例：如果CAN總線上只有一個節點，該節點發送數據幀后得不到響應(ACK)，其發送計數器TEC最大只能計到128，即該節點只能進入錯誤被動狀態，而不會進入總線關閉狀態，這就是為什么當您沒有將任何設備連接到網絡時，您的ECU將持續發送幀，但不會檢測到總線關閉并保持錯誤被動狀態。

錯誤計數器的遞增和遞減操作是不對稱的。在成功傳輸或接收消息時，如果相應的錯誤計數器未為零，則相應的錯誤計數器將遞減。在傳輸或接收錯誤的情況下，計數器將遞增，但遞增值大于遞減值。具體錯誤限制管理規則如下：

a) 當接收器檢測到錯誤時，接收錯誤計數器REC+ 1。例外：發送活動錯誤標志、過載標志期間的位錯誤。

b) 當接收器在發送錯誤標志后檢測到顯性位作為第一位時，接收錯誤計數器REC+8。

c) 當發送器發送錯誤標志時，發送錯誤計數器REC+8。

1) 例外 1：如果發送器是錯誤被動狀態，并且由于未檢測到顯性 ACK 而檢測到 ACK 錯誤，并且在發送其被動錯誤標志時未檢測到顯性位。 2) 例外 2：如果發送方因為仲裁期間發生填充錯誤而發送錯誤標志，因此，填充位應該是隱性的，并且已作為隱性發送但被監視為主導的。 在這兩種例外情況下，傳輸錯誤計數器保持不變。

d) 如果發送器在發送活動錯誤標志或過載標志時檢測到位錯誤，則發送錯誤計數器TEC+8。

e) 如果接收器在發送活動錯誤標志或過載標志時檢測到位錯誤，則接收錯誤計數器TEC+8。

f) 在發送活動錯誤標志、被動錯誤標志或過載標志后，任何節點都應容忍最多7 個連續顯性位。在檢測到第14個連續顯性位后(在活動錯誤標志或過載標志的情況下)或在被動錯誤標志后檢測到第 8 個連續顯性位之后，并且每當在出現額外的8個連續顯性位序列之后，REC和TEC都需要+8。g) 成功傳輸一個幀后(收到 ACK 并且沒有檢測到錯誤，直到 EOF 被檢測到完成)，傳輸錯誤計數器應減1，直到為0。

h) 成功接收一個幀后(接收到 ACK 時隙沒有錯誤并且成功ACK 位的發送)，接收錯誤計數器應減 1，如果它介于1和127。如果接收錯誤計數器為0，則應保持為零 (0)，如果它大于127，則應將其設置為介于119和127。

3 什么是CAN協議中的故障限制

故障限制是一種檢查機制，可以區分短時干擾(例如電纜的噪聲耦合到傳輸介質)和永久性故障(例如，節點發生故障并干擾總線). CAN通信節點的狀態分為暫時錯誤(Error active和Error Passive)和永久性故障(Bus Off);

永久性故障節點自動脫離總線，防止網絡鎖定;Bus Off恢復需要滿足于以下兩個條件：

在bus off發生后，總線上已經檢測到了128次11個連續的隱性位(邏輯"1");

用戶程序請求恢復，通常MCU中的CAN控制器都可以支持自動恢復和手動恢復兩種方式。CAN總線的bus off恢復需要滿足整車的網絡管理規范。

處于暫時錯誤(Error active和Error Passive)狀態的CAN 2.0總線節點，其狀態可以根據其發送錯誤計數器(TEC)和接收錯誤計數器(REC)值的變化，自動切換，而進入永久性故障(Bus Off))狀態的節點，必須進入重新初始化才能恢復：

因此，節點可能處于以下三種可能的錯誤狀態之一：

錯誤活動狀態。錯誤被動狀態。錯誤總線關閉狀態。

1. CAN協議中的錯誤主動狀態

當CAN設備通電時，它以錯誤活動狀態啟動。處于錯誤活動狀態的設備通常可以參與CAN通信。它還會在檢測到錯誤時傳輸主動錯誤標志。此主動錯誤標志(表示主導 0 位序列)會導致當前幀傳輸中止，從而導致同一消息的后續重新傳輸。

其中兩個錯誤計數器(TEC 和 REC)在錯誤活動狀態下都小于 128。它完全參與總線通信，并通過傳輸活動錯誤幀來發出錯誤信號。這包括 6 個主導位的序列，后跟 8 個隱性位，所有其他節點都使用適當的錯誤標志進行響應，以響應違反位填充規則。

2. CAN協議中的錯誤被動狀態

如果發送錯誤計數器或接收錯誤計數器大于127，CAN設備將進入錯誤被動狀態。處于錯誤被動狀態的設備仍然可以參與通信，但在檢測到任何錯誤時會傳輸被動錯誤標志。此被動錯誤標志(隱性 1 位序列)通常不會中止其他設備(如錯誤主動幀)傳輸的幀。

此外，錯誤被動節點必須在消息傳輸后等待額外的時間(Suspend Transmission Field，ITM后的 8 個隱性位)，然后才能啟動新數據。

3. CAN協議中的總線關閉狀態

如果CAN控制器的發送誤差計數器超過255，則進入總線關閉狀態。它與總線斷開連接(使用內部邏輯)，不再參與總線活動。簡單地說，我們可以說物理上與總線連接和邏輯上斷開連接。為了重新連接協議控制器，必須執行Bus Off recovery sequence。這通常涉及主機系統對CAN控制器的重新初始化和配置，之后它將等待(128 * 11)隱性位時間，然后再開始通信。　　

審核編輯：湯梓紅