在前文一文讀懂CAN總線（一）中我們簡(jiǎn)單介紹了CAN通訊協(xié)議，講了標(biāo)準(zhǔn)CAN和擴(kuò)展CAN以及CAN消息類型，在本文中將繼續(xù)為大家深入講解CAN總線的位填充機(jī)制、錯(cuò)誤檢測(cè)和故障界定、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、終端匹配、電纜與接線、差分信號(hào)電壓幅值。

位填充機(jī)制

定義及機(jī)制形式

幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域以及CRC校驗(yàn)和域，均通過位填充方法編碼。

位填充是指：

無論何時(shí)，發(fā)送器只要檢測(cè)到位流中有5個(gè)連續(xù)相同邏輯的位，便會(huì)自動(dòng)在位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。

舉例來說，如果連續(xù)5個(gè)顯性位，則在5個(gè)顯性位之后自動(dòng)插入1個(gè)隱性位，接收器會(huì)自動(dòng)刪除這個(gè)插入的填充位。

數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的剩余位域（CRC界定符、應(yīng)答域和幀結(jié)尾域）形式固定，不填充；錯(cuò)誤幀和過載幀也不填充。

作用

1.CAN網(wǎng)絡(luò)同步需要足夠多的上升沿，這是CAN協(xié)議規(guī)定位填充的目的之一。

2.確保數(shù)據(jù)幀不會(huì)被當(dāng)作錯(cuò)誤幀（由6個(gè)連續(xù)的顯性或隱性位組成）、確保正確識(shí)別幀結(jié)束標(biāo)志（7個(gè)連續(xù)隱性位）。

錯(cuò)誤檢測(cè)和故障界定

CAN總線具有很高的“健壯性”，這是因?yàn)镃AN具有多種錯(cuò)誤檢查機(jī)制。

CAN協(xié)議制定了5種錯(cuò)誤檢測(cè)方法，3種位于報(bào)文層，2種位于位流層。

如果一個(gè)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么這個(gè)幀會(huì)被丟棄，并且接收節(jié)點(diǎn)還會(huì)發(fā)送一個(gè)錯(cuò)誤幀。這會(huì)強(qiáng)制發(fā)送節(jié)點(diǎn)重復(fù)發(fā)送出錯(cuò)的報(bào)文，直到接收節(jié)點(diǎn)正確接收；如果同一個(gè)報(bào)文重復(fù)出錯(cuò)，達(dá)到一定次數(shù)后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以關(guān)閉發(fā)送功能以降低對(duì)總線的影響。

報(bào)文層錯(cuò)誤檢測(cè)

報(bào)文層的錯(cuò)誤檢測(cè)包括CRC和ACK。

CRC域包含15位校驗(yàn)、1位界定符；ACK域包括1位應(yīng)答位、1位界定符。

CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤

CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤很好理解，它對(duì)數(shù)據(jù)域以及數(shù)據(jù)域之前的位生產(chǎn)CRC校驗(yàn)。由于一幀CAN報(bào)文數(shù)據(jù)流很?。ㄗ疃?個(gè)用戶數(shù)據(jù)），所以15位CRC的偵錯(cuò)能力非常優(yōu)秀。

ACK校驗(yàn)錯(cuò)誤

ACK域是怎么起作用的呢？

這是由CAN協(xié)議規(guī)定的，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后，接收節(jié)點(diǎn)必須向發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)答，如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)沒有收到接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)，就會(huì)認(rèn)為自己發(fā)送失敗，從而重傳數(shù)據(jù)。

報(bào)文層的第三種錯(cuò)誤檢查方法是

格式檢查

。這種檢查會(huì)監(jiān)控報(bào)文中那些一定為隱性位的域，如果這些域中出現(xiàn)顯性位，則檢測(cè)到格式錯(cuò)誤。這些域包括SOF、EOF、ACK的界定符和CRC的界定符。

位流層錯(cuò)誤檢測(cè)

位錯(cuò)誤

位流層的錯(cuò)誤檢測(cè)之一是發(fā)送到總線上的每一個(gè)數(shù)據(jù)位，都會(huì)被監(jiān)視，如果發(fā)現(xiàn)發(fā)送的位和總線上的位不相同時(shí)，產(chǎn)生位錯(cuò)誤。

這種監(jiān)視機(jī)制并不會(huì)監(jiān)視仲裁域的位，這是因?yàn)槎鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)覆寫總線上的仲裁域位。

位填充規(guī)則

位流層的另外一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制是位填充規(guī)則：5個(gè)連續(xù)相同邏輯位之后，如果第6個(gè)位的邏輯還和前五個(gè)相同，則產(chǎn)生位填充錯(cuò)誤。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>

CAN使用差分信號(hào)，需要一對(duì)信號(hào)線，推薦使用雙絞線，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示。

CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

使用差分信號(hào)可以抑制共模干擾、能夠增加系統(tǒng)可靠性，允許使用更高的速率。

高速ISO11898標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了CAN傳輸最高速率為1Mbps，在這個(gè)速率下，傳輸距離最長(zhǎng)40米（掛接30個(gè)節(jié)點(diǎn)，CAN信號(hào)不隔離）。推薦節(jié)點(diǎn)分支長(zhǎng)度最大為0.3米、使用帶屏蔽或不帶屏蔽的雙絞線，線纜特性阻抗為120歐姆。

終端匹配

終端匹配電阻大小等于傳輸電纜特性阻抗，傳輸電纜特性阻抗由電纜供應(yīng)商提供，一般近似為：

Z=√(L/C)

其中L為電纜單位長(zhǎng)度感抗，C為電纜單位長(zhǎng)度電容。

由于CAN收發(fā)器結(jié)構(gòu)，從隱性變成顯性由晶體管驅(qū)動(dòng)，所以都是很陡的，但是從顯性回到隱性，卻需要終端電阻來放電，否則就會(huì)由于導(dǎo)線分布電容，緩慢放電，導(dǎo)致位寬錯(cuò)誤。

所以所謂的近距離、低波特率CAN總線不加終端電阻的做法，都是錯(cuò)誤的。

RS485與CAN總線不同，由于RS485收發(fā)器中一般都內(nèi)置失效保護(hù)電路，在近距離、低波特率下允許不加終端匹配電阻。

電纜與接線

CAN總線采用差分信號(hào)傳輸，如果使用帶屏蔽雙絞線，屏蔽層應(yīng)單點(diǎn)接地。

帶單屏蔽層的CAN電纜剖析與連接線示范

通常電纜截面積越小，其分布電容、分布電感和直流電阻越大。當(dāng)通訊距離較遠(yuǎn)時(shí)，電容、電感和直流電阻會(huì)引起信號(hào)衰減，波形失真和抖動(dòng)。

一般情況下，電纜供應(yīng)商會(huì)提供信號(hào)衰減圖表。

24-AWG電纜衰減和頻率的關(guān)系

差分信號(hào)電壓幅值

CAN電平幅值

如上圖所示，兩條信號(hào)線CAN_H和CAN_L靜態(tài)時(shí)均為2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示邏輯1，稱作隱性；CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為顯性，此時(shí)通常CAN_H電壓3.5V、CAN_L電壓1.5V。

差分電壓幅值與電平極性關(guān)系

CAN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，CAN總線上的差分電壓>0.9V才能被識(shí)別成顯性電平，<0.5V才能被識(shí)別成隱性電平，0.5~0.9之間的電平不能確定電平極性。如上圖所示。?

終端匹配電阻數(shù)目與差分電壓幅值關(guān)系

在實(shí)際項(xiàng)目布線時(shí)，容易漏加或者多加終端匹配電阻。我們可以通過測(cè)量CAN差分電壓幅值來評(píng)估是否漏加或多加終端匹配電阻。

如果不計(jì)導(dǎo)線電阻，終端電阻固定為120歐姆，單節(jié)點(diǎn)CAN總線差分電壓如上圖所示。