CAN总线电气、帧格式、同步解读

1. 电气特性：显性、隐性

图1 CAN电气特性 a) 接收发送端，0表示显性，总线差分电平为2V； b) 接收发送端，1表示隐性，总线差分电平为0V。 显性和隐性主要用于总线仲裁，显性优先，即仲裁位为低的帧先发送。发送端实时回采发送数据，判读接收数据是否发送数据相同，如果相同继续发送，不同（发送高时，总线回读是低，说明有优先级更高的帧需要发送）则退出发送。

2. 帧格式

图2 CAN帧格式（借用网图）

3. 帧同步

硬同步：接收端通过SOF下降沿同步输入信号。 重同步：接收端在非SOF段，发现数据下降沿不在接收状态的同步段时进行重同步。 同步规则 a) 一个位时间内只允许一种同步方式，要么硬同步要么重同步； b) 任何一个从“隐性”到“显性”的下降沿 都可以用于同步； c) 硬同步发生在报文的SOF位，所有接收节点调整各自当前位的同步段，使其位于发送的SOF位内； d) 重同步发生在一个报文SOF位之外的其它段，当下降沿落在了同步段之外时发生重同步； e) 在SOF到仲裁场发送的时间段内，如果有多个节点同时发送报文，那么这些发送节点对跳变沿不进行重同步。

如何重同步： 位时间，即CAN总线每1位划分为四个时间段。

图3 CAN位时间分段

即同步段、传播段、相位缓存段1和相位缓冲段2，这些段按CAN内部时钟进行计量，1个CAN内部时钟称为一个时间量子：Tq。 Ts同步段：固定1Tq； Tp传播段：传播延时x2，包括节点内部延时和总线传播延时。 Tph1、Tph2缓存段：可配置，用于设置CAN总线数据的采样点。 SJW同步跳转宽度(SynchroJumpWidth）：用于重同步调整Tph1或Tph2的范围，SJW = min{Tph1,Tph2,4}；即不大于Tph1和Tph2，且不大于4。 CAN波特率 = CAN时钟/(Ts + Tp + Tph1 + Tph2)= CAN时钟/(1+TS1+TS2)

重同步过程：由于CAN主从设备非同源时钟，因此必然存在从设备（RX端）时钟比主设备（TX端）快或者慢的情况，CAN总线在SOF进行硬同步后，每位的数据采样点则根据自己的时钟进行递推计算，随着时间的漂移，发送端下降沿可能滞后(RX时钟快)或超前(RX时钟慢)接收端的同步段，如下图所示；当接收端判断下降沿不在同步段内，如在TS1段，则判断为RX时钟快，这时将TS1增加，即增加分频，对应接收端波特率调小，达到与发送端同步的目的，同理RX时钟慢时，将TS2减小，增大接收端波特率，达到与发送端同步的目的，调整窗口大小即SJW。 图4 CAN重同步过程

通过上述方法CAN控制器硬件即可自动调整接收端的波特率，使之与发送端匹配，消除位的累计误差，实现重同步。