现场总线技术的双重守护CAN总线之错误检测机制

在汽车产业中，为了满足对安全性、舒适性、方便性、低公害和成本效益的要求，各种电子控制系统被不断开发。由于这些系统间通信所需数据类型及对可靠性的要求不同，因此多条总线构成的情况较为常见，这导致了大量的线束数量增加。为了应对“减少线束数量”、“通过多个LAN进行高速通信”的需求，CAN总线应运而生。

图1展示了CAN总线在汽车中的应用，它们的高性能和可靠性得到了广泛认同，并被应用于工业自动化、船舶以及医疗设备等领域。现场总线作为当今自动化领域技术发展的热点，被誉为自动化领域计算机局域网的一种形式，其出现为分布式控制系统提供了强有力的技术支持。

图2显示的是一个典型的CAN总线网络结构，其中包含节点之间实时且可靠地交换信息。尽管如此，工程师更关注的是如何处理可能出现的问题，比如错误帧。在实际研发中，我们需要识别并解决可能出现的问题，如干扰引起的通讯错误（图3）、电阻过长导致接收失败（图4）、位宽度失调问题（图5）以及波特率异常（图7）。

除了上述具体问题外，还有一些其他类型的错误，如格式错误、应答错误等，每一种都有其特定的表现形式和影响范围。

可以看到，在传输过程中，如果检测到任何一种以上列举的问题，都会发送出错帧，这些帧可以分为主动错误和被动错误两大类。主动错误是指检测到问题后主动报告，而被动错误则是指在收到其他节点报告后才进行响应。

为了避免某个设备因为自身原因而破坏数据帧，从而影响其他正常节点通讯，CAN-bus规范规定每个节点都有两个计数器：发送单元与接收单元各自拥有一份用于记录发送或接受到的数据是否正确。一旦达到一定次数，该设备将处于不同的状态。

对于受损或故障设备来说，他们必须能够根据情况调整自己的行为，以确保整个网络能够保持良好的运行状态。此外，当发生连续11个隐形位时，即使所有计数器也会归零，以此来保证网络恢复正常工作状态。

最后，由于信号从TXD输出至RXD输入，有必要实现实时检验以确保数据传输无误。这涉及到位流检测与CRC校验两项独有的功能：

位流检测即检查是否存在位级别上的差异。

CRC校验是一种差错校验码，可以保证传输数据不受损坏，但这并不意味着完全没有误差，只是在未经CRC校验之前，它能提供10^-9 的概率下不会产生误差。

综上所述，通过精细监控与分析工具如CANscope，我们可以更好地理解如何处理这些潜在的问题，并确保我们的设计符合最佳实践标准，从而提高整个系统的稳定性和效率。此外，这一工具集还允许我们评估整个网络通讯质量，为用户提供快速诊断服务，使他们能够迅速解决现有的问题并预防未来潜在问题。