虹科干货 | CAN总线技术及应用——CAN总线物理层(二)

原创 虹科车辆网络 2023-04-04 15:10

      通信方式分为两种,同步串行通信与异步串行通信。CAN-bus属于异步串行通信的方式。同步串行通信和异步串行通信的波形图如下图所示:


       同步串行通信和异步串行通信特点比较可参见下表:


通信类型

同步串行通信

异步串行通信

时钟信号

需要时钟信号线

无需时钟信号线

采样点

采样点由时钟信号决定

由接收者内部定时触发

缺点

多了一条时钟线

波特率误差会产生通信错误

       异步串行通信的优点是减少了一根时钟线,缺点是各接收器的时钟不可能完全一致,总是会有偏差,有些偏快,有些偏慢,这些误差会累计知道通信出错。


       如下图所示为标准波特率时采集的数据:




         如下图两幅图分别为波特率偏大20%和波特率偏小20%时采样的数据。




      由上述几幅图可以看出,由于各接收器的时钟可能会存在偏差,这就导致传输一两个位时。误差可能看不出来,但是传输的位数变多了之后,这些误差会累计直到通信出错。


      那么如何解决这个问题呢?


     同步!


       同步就像给钟表校时一样,隔一段时间所有节点的时钟就同步一次。这样尽管大家的时钟仍有误差,但是可以消除累计误差。


       CAN-bus规定信号的跳变沿时刻进行同步,因此只要信号发送变化,节点时钟就会被同步。如下图所示,累计的误差可以限制在两个跳变沿之间,减少错误的发生。



       然而这种同步方式又会带来新的问题,比如说发送多个相同位时,并无跳变沿可用于同步,这样就会导致误差不断累积,最后导致通信出错。



       那么CAN-bus如何消除这种累计误差?


       CAN-bus通过位填充提供同步信号,从而消除累计误差。CAN-bus规定,如果传输的信号连续5个位时相同的,就要插入一个电平相反的位,这个额外插入的位称为“填充位”。



       接下来先让我们了解一下位时间这个概念。


       一个标称的位时间=1/波特率


       一个标称的位时间分为:同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2。


  •        同步段用于同步各节点,正常情况下跳变沿落在此段内。
  •        传播段用于补充网络内的传输延时。
  •        相位缓冲段用来补偿跳变沿的相位误差,可以被再同步处理延长或缩短。
  •        采样点时刻读取的电平代表这个位的电平,一般位于相位缓冲段1的结尾。
  •        信息处理时间是从采样点开始留出的一段用于计算后续位电平的时间。



       其中采样点时最为重要的一个概念。


       只有采样点设置正确了,我们才能进行正确的采样,获得正确的数据。


       不同的波特率下,1位时间的时间份额不相同,采样点也不相同,如下图为不同波特率下的采样点设置。



       不同波特率下的时间份额设置可参考下表。


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