CAN总线错误处理机制及故障诊断技术

### CAN总线的通信错误与处理措施 #### 一、CAN总线中的五种错误类型 CAN总线作为车辆环境中非常流行的串行通信协议之一，主要用于汽车和其他嵌入式控制系统内的微控制器和设备间的通信。在CAN总线通信过程中可能会遇到多种错误类型，下面详细介绍这五种错误类型： 1. **位错误**： - 当节点向总线发送一个位的同时也在监视总线，若发现总线上的电平与其发送的不同，则会产生位错误。 - 在仲裁段的填充位流或应答间隙中，如果发送的是隐性位而检测到显性位，则不被视为位错误。 - 发送器在检测到显性位时发送认可错误标志的情况也不视为位错误。 2. **填充错误**： - 在采用位填充方法编码的消息中，如果连续出现六个相同的位电平，则会检测到填充错误。 3. **CRC错误**： - CRC（循环冗余校验）序列由发送器根据特定算法计算得出。接收端同样使用该算法计算CRC。 - 如果计算结果与接收到的CRC序列不同，则会产生CRC错误。 4. **形式错误**： - 在固定格式的位区域中出现非法位时，就会检测到形式错误。 5. **应答错误**： - 在应答间隙内，如果发送器未能检测到显性位，则会产生应答错误。 #### 二、错误的处理机制 当检测到上述任何一种错误类型时，相关的节点会通过发送错误标志来标记这些错误。CAN总线中的节点可能处于以下三种故障状态之一： 1. **错误激活状态(Error Active)**：在这种状态下，节点可以正常地参与到总线通信中。 2. **错误认可状态(Error Passive)**：节点仍然能够接收数据，但不会主动发送消息。 3. **总线关闭状态(Bus Off)**：处于此状态的节点会被禁止发送数据。 为了更好地管理这些故障状态，每个总线单元都会维护两个计数器：发送错误计数器和接收错误计数器。这些计数器的更新规则如下： 1. **接收器错误计数器**： - 检测到错误时，计数器加1（除非错误发生在发送活动错误标志或超载标志期间的位错误）。 - 在发送错误标志后的第一位检测到显性位时，计数器加8。 2. **发送器错误计数器**： - 发送错误标志时，计数器加8（特殊情况除外）。 - 发送活动错误标志或超载标志时检测到位错误，则计数器加8。 - 发送完整消息后，计数器减1（除非计数值已为0）。 3. **连续显性位的处理**： - 检测到连续11个显性位后，每个发送器的发送错误计数加8，每个接收器的接收错误计数也加8。 4. **计数器的更新**： - 当发送或接收错误计数达到或超过128时，节点进入错误认可状态。 - 当发送错误计数达到256时，节点进入总线关闭状态。 - 当发送错误计数和接收错误计数均降至127以下时，节点重新变为错误激活状态。 - 在检测到11个连续隐性位128次后，总线关闭节点变为错误激活节点，两个错误计数器归零。 - 当错误计数器数值大于96时，表示总线受到了严重的干扰。 #### 三、实例分析 假设在系统启动期间只有一个节点挂载在总线上，该节点发送消息后因未获得应答而检测到错误。这种情况下，该节点可能会变为错误认可节点，但由于没有其他节点在总线上，所以不会导致总线关闭。这种设计确保了即使在单节点情况下，系统也能维持基本的功能性和稳定性。 CAN总线在设计上充分考虑了各种可能的错误类型及其处理方式，从而保证了通信的稳定性和可靠性。通过对这些错误类型的深入理解及适当的处理措施的应用，工程师们可以有效避免和解决通信过程中的问题，确保系统的正常运行。