嵌入式学习笔记 - CAN总线

一 CAN总线物理结构

以闭环网络为例，闭环网络速度快可达1M，传输距离近通常最长不超过40米，开环网络传输距离远通常可达km，速度100kb左右

二 CAN总线使用差分信号传输：

三 差分信号的优点：

四  CAN总线上每一个数据位的结构分解

CAN总线上每一个数据位被分解为4个段，SS段，PTS段，PBS1段，PBS2段

Tq是CAN总线上各节点商量好的一个值，各节点之间是一样的，比如都为1us，

那么如下的示例中，CAN总线上每一个逻辑电平包含19位，也就是包含19个Tq，然后每个节点根据与总线的相位差可以调整每一个逻辑电平的Tq的数量

五 CAN总线同步

CAN总线虽然有两根传输线，但是由于是差分线，实际上等效于只有一根线在传输数据，也就是各节点之间没有时钟信号线，他们按照约定的时钟（相同的Tq）进行信号传输，各自都按照这个时钟在运行着，当总线发出起始信号时，节点便调整自己的相位使自己的相位与总线一致，造成这个相位差的原因可以是多方面的，收发器不同的物理结构等，同步方式有两种硬同步以及重新同步如下图：

硬同步只能用于在帧起始位。

六 CAN 总线怎么处理低优先级数据帧

上图为数据帧的结构，CAN总线通过仲裁段判定数据的优先级，

以下是Deepseek的回答，非常详细与清楚：

     低优先级帧的仲裁失败处理‌

1. ‌逐位仲裁与退出发送‌

   • 当多个节点同时发送数据时，低优先级帧在ID逐位比较中因发送隐性位（逻辑1）而检测到总线电平为显性位（逻辑0），立即退出发送并转为接收模式27。
   • 例如：ID为0x200（二进制001000000000）的帧与ID为0x100（二进制000100000000）的帧竞争中，前3位001与000对比时，0x200在第3位退出发送78。

2. ‌自动重传机制‌

   • 仲裁失败的节点通过硬件自动缓存原始数据，并在检测到总线空闲时立即尝试重传，无需软件干预56。
   • 重传次数受硬件错误计数器限制，若累计错误超阈值则节点进入总线关闭状态8。

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     低优先级帧的发送机会保障‌

1. ‌总线空闲检测‌

   • CAN总线空闲定义为连续11位隐性电平（逻辑1）3，低优先级帧在总线空闲时可直接发起发送5。
   • 若此时其他节点同时发送，则再次触发仲裁流程78。

2. ‌动态优先级反转规避‌

   • 尽管CAN协议本身无主动优先级反转处理机制，但通过以下策略规避：
     • ‌ID分配策略‌：将需要实时响应的关键功能分配更小ID值（如ABS制动0x060优先级高于车窗控制0x3E0）17。
     • ‌负载均衡‌：限制高优先级帧的发送频率，避免长期占用总线6。

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     低优先级帧的延迟优化‌

1. ‌错误帧中断与恢复‌

   • 低优先级帧在传输中若发生错误（如CRC校验失败），发送节点立即发送错误帧（全显性位）强制终止当前传输，自身进入重同步状态后重新发送48。
   • 错误帧具有最高优先级，可打断正在传输的低优先级帧8。

2. ‌时间触发调度（协议扩展）‌

   • 在时间敏感型网络（如CAN FD TSN）中，通过‌时间槽分配‌为低优先级帧预留固定发送窗口，绕过仲裁机制直接传输1。
   • 例如：新能源车BMS的周期数据帧（ID: 0x18FF50E5）被分配至特定时间槽，不受实时仲裁影响1。

七  STM32 CAN 控制器筛选器工作模式总结

CAN的筛选器可以工作在16位宽或者32位宽模式，

CAN的筛选器可以工作在标识符屏蔽位模式或者标识符列表模式。

最终可以总结为以下表格：