CAN總線中節(jié)點ID相同會怎樣？

　　CAN-bus網絡中原則上不允許兩個節(jié)點具有相同的ID段，但如果兩個節(jié)點ID段相同會怎樣呢?

　　實驗前，我們首先要對CAN報文的結構組成、仲裁原理有清晰的認識。

　　一、CAN報文結構

　　目前使用最廣泛的CAN-bus網絡標準是V2.0版本，該標準又分為A、B兩部分，它們主要的區(qū)別在仲裁區(qū)域的ID碼長度。其中CAN2.0A(標準幀)為11位ID，CAN2.0B(擴展幀)為29位ID。下表1為CAN報文結構：

　　表1 CAN報文結構

　　二、仲裁原理

　　CAN總線的仲裁是基于“線與原理”，如圖1所示。當個收發(fā)器同時發(fā)出不同電平信號時，隱性電平總是被顯性電平覆蓋。CAN控制器在發(fā)送報文的同時會監(jiān)聽總線狀態(tài)與自己發(fā)送的電平是否一致，如果不一致發(fā)生在ID段則會發(fā)生仲裁，如果發(fā)生在其他區(qū)域則會觸發(fā)相應錯誤。

　　圖1 線“與”示意圖

　　下面進入重點，如果兩個節(jié)點ID段相同會怎樣?我們用兩個CAN卡 和一臺CANScope開始實驗，CAN卡模擬CAN標準節(jié)點收發(fā)報文，CANScope做通信監(jiān)控，如圖2所示。(注：CAN卡為USB轉CAN工具，CANScope為CAN總線分析儀，產品詳見ZLG致遠電子官網)

　　圖2 實驗平臺搭建

　　三、實驗一“ID段相同但數(shù)據不同”

　　使用一個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據為01020304050607H的CAN幀，使用另一個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據為02020304050607H的CAN幀。CANScope監(jiān)聽的數(shù)據如圖3所示，可以觀察到有大量的數(shù)據場填充錯誤。

　　圖3 數(shù)據場填充錯誤

　　為什么會這樣呢?我們首先分別獲取兩個CAN卡發(fā)送報文對應的波形，如圖4。因為兩針報文同為標準數(shù)據幀，且每幀包含8個字節(jié)數(shù)據，所以兩幀報文對應的波形在ID段、RTR、IDE、R0以及DLC段完全一致。因此，仲裁作用失效，兩節(jié)點都認為自己獲得了優(yōu)先權，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據。

　　圖4 報文對應波形對比

　　現(xiàn)在我們聚焦數(shù)據段，第一個字節(jié)數(shù)據相同，均為為00H;第二個字節(jié)數(shù)據不同，分別為01H、02H。圖5箭頭標示處可以看到兩者對應位的邏輯分別為0和1。前面我們提到CAN節(jié)點在發(fā)送報文的同時會檢測總線電平是否與自己發(fā)送的電平一致，若不一致發(fā)生在非仲裁區(qū)域則觸發(fā)相應錯誤，因此若這兩幀報文同時發(fā)送到總線上必將發(fā)生位發(fā)送錯誤。因為位發(fā)送錯誤會引起節(jié)點發(fā)送違反填充規(guī)則的6個顯性位(主動錯誤破壞該幀數(shù)據)，故出現(xiàn)數(shù)據場填充錯誤，如圖3。

　　圖5 數(shù)據場沖突

　　四、實驗二“ID相同數(shù)據也相同”

　　同時使用兩個CAN卡發(fā)送ID為000H數(shù)據為01020304050607H的CAN幀，CANScope做通信監(jiān)控。首先，我們不勾選“總線應答”選項，使CANScope工作在僅監(jiān)聽模式。實驗結果如圖6所示，出現(xiàn)的是應答定界符格式錯誤。

　　圖6 應答界定符格式錯誤

　　為什么會發(fā)生這種錯誤呢?發(fā)送報文的節(jié)點會在ACK段發(fā)送兩個隱性位，若在第一個位期間接收到顯性電平則認為該幀被正確接收。由于仲裁段相同時兩節(jié)點都認為自己取得仲裁權，在ACK段等待應答，但該網絡中僅存在兩個節(jié)點，因此在ACK段不能收到應答，進而發(fā)生應答定界符錯誤。簡單說來這種情形就類似于總線中只有一個節(jié)點將不能實現(xiàn)數(shù)據發(fā)送。圖7是在ACK段有無應答時的波形對比。

　　圖7 ACK應答

　　我們勾選上總線應答，再次開始實驗(此時總線中相當于有3個節(jié)點)。這時如圖8所示，總線數(shù)據收發(fā)正常。

　　圖8 啟動總線應答

　　總結：當兩節(jié)點同時發(fā)送ID相同數(shù)據不同的報文時，將發(fā)生數(shù)據場填充錯誤;當兩節(jié)點同時發(fā)送ID相同數(shù)據也相同的報文時，若有其他節(jié)點應答則不發(fā)生錯誤，若無其他節(jié)點應答則發(fā)生應答錯誤。因此，我們在設計CAN總線時應避免ID段相同的情況出現(xiàn)。