CAN-bus網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)組成、仲裁原理有清晰的認識。

一、CAN報文結(jié)構(gòu)

目前使用最廣泛的CAN-bus網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是V2.0版本，該標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)幀)為11位ID，CAN2.0B(擴展幀)為29位ID。下表1為CAN報文結(jié)構(gòu)：

表1 CAN報文結(jié)構(gòu)

二、仲裁原理

CAN總線的仲裁是基于“線與原理”，如圖1所示。當(dāng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)點收發(fā)報文，CANScope做通信監(jiān)控，如圖2所示。

圖2 實驗平臺搭建

三、實驗一“ID段相同但數(shù)據(jù)不同”

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

圖3 數(shù)據(jù)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(yīng)的波形，如圖4。因為兩針報文同為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，且每幀包含8個字節(jié)數(shù)據(jù)，所以兩幀報文對應(yīng)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(quán)，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖4 報文對應(yīng)波形對比

現(xiàn)在我們聚焦數(shù)據(jù)段，第一個字節(jié)數(shù)據(jù)相同，均為為00H;第二個字節(jié)數(shù)據(jù)不同，分別為01H、02H。圖5箭頭標(biāo)示處可以看到兩者對應(yīng)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(yīng)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(jù))，故出現(xiàn)數(shù)據(jù)場填充錯誤，如圖3。

圖5 數(shù)據(jù)場沖突

四、實驗二“ID相同數(shù)據(jù)也相同”

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

圖6 應(yīng)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(quán)，在ACK段等待應(yīng)答，但該網(wǎng)絡(luò)中僅存在兩個節(jié)點，因此在ACK段不能收到應(yīng)答，進而發(fā)生應(yīng)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(jù)發(fā)送。圖7是在ACK段有無應(yīng)答時的波形對比。

圖7 ACK應(yīng)答

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

圖8 啟動總線應(yīng)答

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