CAN总线错误检测机制遵循CAN协议的双重保障

在汽车工业的发展浪潮中，CAN总线作为一种高效、可靠的通信协议，不仅满足了对安全性、舒适性的追求，还优化了数据传输的速度和成本。在复杂系统间交换信息时，CAN总线以其独特的双重保障机制，被广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备等多个领域。

图1展示了CAN总线在汽车中的具体应用场景。该技术不仅为车辆内部各部分提供了实时、高效的数据交换方式，而且也促进了系统之间紧密集成，从而提升整体性能。

图2是CAN总线网络结构示意图，它清晰地展现了分布式控制系统中节点间通过CAN总线实现高速、可靠通信所需的一系列技术支持。

然而，在实际操作中，工程师们更关注的是如何识别和解决可能出现的问题。下面将详细介绍几种常见的错误类型及其波形示例，如图3-7所示：

图3：干扰导致通讯错误

图4：终端电阻并联过多，差分电平幅值太小导致接收失败

图5：支线过长，电平下降沿台阶过高导致位宽度失调

图6：卡车打开/关闭大灯引入干扰导致错误

图7：波特率异常引发位错误

这些错误可以归类为位错误、位填充错误、CRC校验码错误、三字母代码格式不符以及应答时间超时等五大类，每一类都有其独特的问题表现形式，如图8所示。

在报文传输过程中，如果发生通讯问题，便会产生相应的“主动”或“被动”类型的误报，其中主动报告即由发送方发出连续显性位及隐形位标志，而被动则由接收方回应显示隐形及显性位标志，以此来识别并响应主动报告。此外，还有状态转换如：“总线关闭”，当某设备因为自身原因无法正常工作而不断破坏数据帧，从而影响其他节点通讯，这种情况下规范规定每个节点都有发送与接收计数器，并根据计数值进行不同状态转换，如图9所示。

为了确保信号质量和减少噪声干扰，设计者们采用了一些特殊的手段，比如使用校准工具（如CANscope）进行精确测量和分析，如图10所示。其中包含一个程序逻辑单元负责管理发送缓冲区和接受FIFO，以及检测来自串行链路上的任何变化；另一个逻辑单元负责监控串行链路上的同步信号，并调整它们以匹配需要处理的情况；最后还有一个管理逻辑模块用于跟踪所有可能出现的问题并执行必要措施。

最后，由于信号从发送器到接收器经过无处不在监视，因此即使存在微小偏差，也能迅速被发现并纠正。这就是为什么人们称之为"实时"监控，因为它能够持续不断地检查整个系统，以防止任何潜在问题造成严重后果。