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[资料分享] CAN总线接受到错误信息?在数据里增加CRC校验?

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一粒金砂(高级)

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发表于 2020-5-11 21:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

CAN-bus总线协议以高稳定性,高容错率而著称于世,然而仍有很多用户在使用的时候担心CAN会接受到错误的信息,在数据里增加了CRC校验的部分,这种做法是否有必要?CAN会收到错误的数据吗?
信息的传递,古往今来都是人类无比关注的一个问题。从最原始的肢体语言到高端的电子信号,信息传达的方法五花八门。而对于信息安全的追求也是从古至今未有变过,我国西周时期的《太公兵法》就有过“阴符”“阴书”的设计来保证信息的安全。
图1 让人心忧的信息安全而在我们的工业生产中,为了保证信号的正确传递的方法更是五花八门。而在信息传递过程中采取CAN协议是一种常见的减少出错率的方案。那么,问题来了,CAN协议何德何能能让传输的信号不出错呢?今天就让我们来深入分析一番。利用CANScope总线综合分析仪来抓取一帧CAN的报文如下:

CANScope总线综合分析仪抓取的报文从图中可以看出CAN协议采取了差分信号传输的方式,可以有效杜绝来自外部的屏蔽干扰。而在最后一行的协议解析部分,进过观察我们发现一帧信号被分割成了不同颜色的一段段,每一段究竟是何含义?保证信号正确传输的秘密就隐藏在这些段落里。让我们来庖丁解牛分别为大家分析下。

  • 数据头:在数据的开始,是一个1位的数据头,表示数据帧都开始

 

数据头

  • 仲裁段:标志了本帧数据的优先级,其中包含了一个ID码,仲裁段中的ID码值越小,帧数据的优先级就越高,CAN控制器在发送数据的同时会监听电缆上的电平状态,如果发现仲裁位的电平与本节点发出的电平不一致,则退出发送放弃总线使用权。这样的设计可以提高总线的利用率,并且能让重要的信息优先发送。

仲裁段

  • 控制段:共六位,用于表示数据长度。在数据的控制段存有保留位以供未来协议规则扩展。

图5 控制段

  • 数据段:经过前面的铺垫,数据段所编码的即是本帧数据所需要传达的信息。一帧信号可以传送0~8位数据,每字节8位。短小精悍保证信息的实时性。

图6 数据段

  • CRC段:CRC段即是保证数据准确的一个关键所在(敲黑板)。为防止信号由于某种原因被更改,CAN的数据链路层上加入了CRC校验。发送节点会根据发送内容计算得到一个CRC值填入CRC段进行发送,而相应的接收节点也会对接收到的数据进行计算,并将计算出的CRC值和接收到的进行比对。能够对得上暗号的才是自己人,如果对照有误那么就说明传输的信号出现了问题,需要反馈错误消息。这样的机制保证了CAN不会收到错误的信息,其安全性毋庸置疑。
  • ACK段:用于表征信号是否被正确接收,接受正常的节点在ACK的第一位会发出一个显性位。根据ACK的状态,发送节点就可以了解到数据是否被传输成功。若发送失败,发送节点会根据自身状态来决定是否重传。
  • 帧结束:由7个隐性位组成,表示该帧结束。

帧结束经过这样一番抽丝剥茧的分析,CAN的报文结构就这样清晰的展现在我们面前。由于CRC段的存在,CAN出错的概率十分之小。
CRC校验所使用的CRC多项式最多可以检测出5个离散错误,或发现长度在15位以下偶然出现的突发错误。CRC校验对SOF位、仲裁段、控制段和数据段的位序列进行计算,但不考虑填充位。CAN协议中规定的15位校验序列源自于BCH代码,它是一种特别适用于127位以下消息长度的循环代码。CAN协议中所应用的15位多项式如下:
X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1
在发送或接收收到数据场的最后一位后,CRC寄存器就会包含待传输或者待接收的CRC序列。将计算出的CRC序列与接收到的CRC序列相除,接收器就可以识别出可能存在的CRC错误。
有些工程师担心CAN收到错误的信息,在数据中又做了CRC校验的工作,岂不知在数据链路层CAN已经自备了CRC校验的工作,在数据中再加入CRC校验实际上是没有什么必要的。

CAN总线不但规定了物理层的差分传输规范,还规定了数据链路层的分包校验规则,而这两个都是由硬件自动完成,接收时,无需考虑是否有错误,只要从缓冲区取出数据即可,CAN的CRC校验可以保证错误率在10的-9次方以下。毫无疑问是一种非常安全可靠的传输协议。

此帖出自无线连接论坛


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