一文讀懂CAN總線錯誤處理

?來源：車端?初光??

1 CAN總線錯誤類型

為了防止故障節(jié)點干擾甚至阻塞整個CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，CAN協(xié)議實現(xiàn)了復(fù)雜的故障限制機制。為了保證通信的正常，CAN 2.0 總線協(xié)議總線中各節(jié)點需要采取以下措施進(jìn)行錯誤檢測：

監(jiān)視（對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較）

循環(huán)冗余檢查

位填充

報文格式檢查

CAN協(xié)議具有檢測錯誤的能力。但是如果發(fā)生錯誤，它無法糾正錯誤。因此，如果發(fā)生錯誤，檢測到的節(jié)點或ECU將向CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送錯誤幀。與之相對應(yīng)的CAN 2.0 總線協(xié)議定義參與通信的CAN節(jié)點錯誤類型如下：

位錯誤(Bit Error) 發(fā)送的位值和總線監(jiān)視的位值不相符合時，檢測到一個位錯誤(除仲裁場、應(yīng)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(xiàn)了第六個連續(xù)相同的位電平，將檢測到一個位填充錯誤；

形式錯誤 (Form Error)

當(dāng)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(yīng)答錯誤 (Acknowledgment Error)

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

CRC 錯誤(CRC Error)

如果接收器的CRC結(jié)果和發(fā)送器的CRC結(jié)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(shù)器寄存器（0 – 255），即：發(fā)送錯誤計數(shù)器 （TEC） 和接收錯誤計數(shù)器 （REC） 。如果5個錯誤中發(fā)生任何一個發(fā)生錯誤，它將根據(jù)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(jié)點，該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀后得不到響應(yīng)(ACK)，其發(fā)送計數(shù)器TEC最大只能計到128，即該節(jié)點只能進(jìn)入錯誤被動狀態(tài)，而不會進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)，這就是為什么當(dāng)您沒有將任何設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時，您的ECU將持續(xù)發(fā)送幀，但不會檢測到總線關(guān)閉并保持錯誤被動狀態(tài)。

錯誤計數(shù)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(yīng)的錯誤計數(shù)器未為零，則相應(yīng)的錯誤計數(shù)器將遞減。在傳輸或接收錯誤的情況下，計數(shù)器將遞增，但遞增值大于遞減值。具體錯誤限制管理規(guī)則如下：

a) 當(dāng)接收器檢測到錯誤時，接收錯誤計數(shù)器REC+ 1。例外：發(fā)送活動錯誤標(biāo)志、過載標(biāo)志期間的位錯誤。

b) 當(dāng)接收器在發(fā)送錯誤標(biāo)志后檢測到顯性位作為第一位時，接收錯誤計數(shù)器REC+8。

c) 當(dāng)發(fā)送器發(fā)送錯誤標(biāo)志時，發(fā)送錯誤計數(shù)器REC+8。

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

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d) 如果發(fā)送器在發(fā)送活動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時檢測到位錯誤，則發(fā)送錯誤計數(shù)器TEC+8。

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

f) 在發(fā)送活動錯誤標(biāo)志、被動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志后，任何節(jié)點都應(yīng)容忍最多7 個連續(xù)顯性位。在檢測到第14個連續(xù)顯性位后（在活動錯誤標(biāo)志或過載標(biāo)志的情況下）或在被動錯誤標(biāo)志后檢測到第 8 個連續(xù)顯性位之后，并且每當(dāng)在出現(xiàn)額外的8個連續(xù)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(shù)器應(yīng)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(fā)送），接收錯誤計數(shù)器應(yīng)減 1，如果它介于1和127。如果接收錯誤計數(shù)器為0，則應(yīng)保持為零 (0)，如果它大于127，則應(yīng)將其設(shè)置為介于119和127。

3 什么是CAN協(xié)議中的故障限制

故障限制是一種檢查機制，可以區(qū)分短時干擾（例如電纜的噪聲耦合到傳輸介質(zhì)）和永久性故障（例如，節(jié)點發(fā)生故障并干擾總線）. CAN通信節(jié)點的狀態(tài)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(jié)點自動脫離總線，防止網(wǎng)絡(luò)鎖定；Bus Off恢復(fù)需要滿足于以下兩個條件：

在bus off發(fā)生后，總線上已經(jīng)檢測到了128次11個連續(xù)的隱性位(邏輯"1")；

用戶程序請求恢復(fù)，通常MCU中的CAN控制器都可以支持自動恢復(fù)和手動恢復(fù)兩種方式。CAN總線的bus off恢復(fù)需要滿足整車的網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范。

處于暫時錯誤(Error active和Error Passive)狀態(tài)的CAN 2.0總線節(jié)點，其狀態(tài)可以根據(jù)其發(fā)送錯誤計數(shù)器(TEC)和接收錯誤計數(shù)器(REC)值的變化，自動切換，而進(jìn)入永久性故障(Bus Off))狀態(tài)的節(jié)點，必須進(jìn)入重新初始化才能恢復(fù)：

因此，節(jié)點可能處于以下三種可能的錯誤狀態(tài)之一：

錯誤活動狀態(tài)。錯誤被動狀態(tài)。錯誤總線關(guān)閉狀態(tài)。

1. CAN協(xié)議中的錯誤主動狀態(tài)

當(dāng)CAN設(shè)備通電時，它以錯誤活動狀態(tài)啟動。處于錯誤活動狀態(tài)的設(shè)備通?？梢詤⑴cCAN通信。它還會在檢測到錯誤時傳輸主動錯誤標(biāo)志。此主動錯誤標(biāo)志（表示主導(dǎo) 0 位序列）會導(dǎo)致當(dāng)前幀傳輸中止，從而導(dǎo)致同一消息的后續(xù)重新傳輸。

其中兩個錯誤計數(shù)器（TEC 和 REC）在錯誤活動狀態(tài)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(fā)出錯誤信號。這包括 6 個主導(dǎo)位的序列，后跟 8 個隱性位，所有其他節(jié)點都使用適當(dāng)?shù)腻e誤標(biāo)志進(jìn)行響應(yīng)，以響應(yīng)違反位填充規(guī)則。

2. CAN協(xié)議中的錯誤被動狀態(tài)

如果發(fā)送錯誤計數(shù)器或接收錯誤計數(shù)器大于127，CAN設(shè)備將進(jìn)入錯誤被動狀態(tài)。處于錯誤被動狀態(tài)的設(shè)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(biāo)志。此被動錯誤標(biāo)志（隱性 1 位序列）通常不會中止其他設(shè)備（如錯誤主動幀）傳輸?shù)膸?/p>

此外，錯誤被動節(jié)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(shù)據(jù)。

3. CAN協(xié)議中的總線關(guān)閉狀態(tài)

如果CAN控制器的發(fā)送誤差計數(shù)器超過255，則進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。它與總線斷開連接（使用內(nèi)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(xié)議控制器，必須執(zhí)行Bus Off recovery sequence。這通常涉及主機系統(tǒng)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