很多工程師在選擇波特率時(shí)非常頭疼，一文讀懂如何快速解決特殊波特率計(jì)算的問題

CAN總線采用的是異步串行通信，也就是沒有單獨(dú)的時(shí)鐘線來保證各個(gè)收發(fā)器之間時(shí)鐘的一致，每個(gè)收發(fā)器是按事先設(shè)置的波特率來對總線上的電平進(jìn)行分位。因此波特率設(shè)置準(zhǔn)確對CAN總線的穩(wěn)定通信來說非常重要。

CAN總線里我們可以通過對CAN節(jié)點(diǎn)里的位定時(shí)寄存器的控制來實(shí)現(xiàn)不同波特率的通信。CAN協(xié)議里將一個(gè)位時(shí)間分為同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2。每個(gè)段的時(shí)間長度都可以用一個(gè)整數(shù)的基本時(shí)間單位表示，該基本時(shí)間單位由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器分頻得到。

同步段位于一個(gè)位的起始位置，CAN-bus規(guī)定跳變沿為同步信號，但是發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)位跟接收節(jié)點(diǎn)接收到這個(gè)位之間存在網(wǎng)絡(luò)傳播延遲，傳播段則是為了補(bǔ)償這段傳播延遲，由于采樣點(diǎn)位置在相位緩沖段1跟相位緩沖段2之間，通過設(shè)置相位緩沖段1和相位緩沖段2的值，可以調(diào)整采樣點(diǎn)位置，保證每個(gè)位采樣點(diǎn)一致。緩沖段的長度調(diào)節(jié)范圍則是由同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）決定。

圖1 CAN位時(shí)間結(jié)構(gòu)圖

簡單的了解了CAN總線位時(shí)間的分段后，我們來看看一個(gè)節(jié)點(diǎn)的波特率到底要如何設(shè)置。如圖2是某ARM內(nèi)核的CAN位時(shí)間特性寄存器 (CAN_BTR)。

圖2 某ARM內(nèi)核位時(shí)間特性寄存器結(jié)構(gòu)圖

SILM（靜默模式）跟LBKM（回環(huán)模式）用于調(diào)試；

SJW：同步跳轉(zhuǎn)寬度；

TS2/TS1：位時(shí)間里兩個(gè)時(shí)間段的分配；

BRP：波特率分頻器，該區(qū)域定義了基本時(shí)間單元的長度；

例如某著名車廠CAN通信標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定，通信速率為125 kbps時(shí)，應(yīng)該采用單次采樣，采樣點(diǎn)位置設(shè)置在70%~77%之間。其位定時(shí)參數(shù)取值可見表1與表2。

表1 LS_CAN通信速率與采樣點(diǎn)參數(shù)

表2 LS_CAN可選時(shí)間份額與同步跳轉(zhuǎn)帶寬

采樣點(diǎn)：采樣點(diǎn)不能太靠前也不能太靠后，否則如果剛好處于一個(gè)位的上升沿或者下降沿區(qū)間，會造成識別錯(cuò)誤，所以根據(jù)CIA105的規(guī)范，采樣點(diǎn)在87.5%左右比較合適。但是一般我們可根據(jù)實(shí)際情況選取75%~85%之間；

同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）：SJW的值直接影響到重同步時(shí)相位緩沖段的可調(diào)節(jié)的范圍，SJW的值可以在1~4之間選擇，我們選擇3、4可以使總線獲得更寬的波特率容忍度；

采樣次數(shù)：分為單次采樣跟三次采樣，三次采樣在設(shè)計(jì)之初雖然是為了過濾掉總線上毛刺，但是采用三次采樣經(jīng)常會影響SJW的跳轉(zhuǎn)，所以實(shí)際應(yīng)用中我們一般都會采用單次采樣。

了解設(shè)置波特率的原則后，我們采用ZLG致遠(yuǎn)電子的波特率計(jì)算軟件，對25kbps波特率的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3。

圖3 25kbps波特率計(jì)算參數(shù)

根據(jù)上面提到的原則，我們選取采樣點(diǎn)為75%，SJW為4，時(shí)間份額為14的一組參數(shù)，采用ZLG的CAN卡做驗(yàn)證。

• 自動波特率識別：采用CANScope自動偵測波特率的功能，對CAN卡的波特率進(jìn)行識別，識別結(jié)果為25kbps；

圖4 自動偵測波特率

• 采樣點(diǎn)測試：采用CANScope對當(dāng)前波特率下CAN卡的采樣點(diǎn)進(jìn)行測試，測試結(jié)果為75%；

圖5 采樣點(diǎn)測試

• 位寬容忍度測試：采用CANScope對當(dāng)前波特率下CAN卡進(jìn)行位寬容忍度測試，測試其對波特率的容忍度情況，測試結(jié)果為24kbps~26kbps，容忍度情況較好；

圖6 位寬容忍度測試

• 位時(shí)間測試：用CANScope的眼圖功能對當(dāng)前波特率下CAN卡進(jìn)行位時(shí)間測試，位時(shí)間為40us，與25kbps波特率的位時(shí)間相符。

圖7 眼圖測試位時(shí)間

通過對波特率計(jì)算器計(jì)算出來的波特率寄存器設(shè)置參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果跟我們的預(yù)期結(jié)果一致，因此在使用特殊波特率時(shí)，我們可以借助波特率計(jì)算器來快速計(jì)算出位定時(shí)寄存器的參數(shù)值。下面我們給出一些可參考的特殊波特率的參數(shù)：