CAN总线2（位时序硬同步再同步）

4. 接收方数据采样与同步

接收方数据采样与同步问题

接收方以约定时长进行采样，但是采样点没有对齐数据位中心附近：（解决：硬同步）
接收方刚开始采样正确，但是时钟有误差，随着误差累积，采样点逐渐偏离原来的数据中心位置（解决：再同步）

5.位时序

为了灵活调整每个采样点的位置，使采样点对齐数据位中心附近，CAN总线对每一个数据位的时长进行了更细的划分 ，分为同步段（SS） 、传播时间段（PTS） 、相位缓冲段1（PBS1）和相位缓冲段2（PBS2） ，每个段又由若干个最小时间单位（Tq）构成 。最小时间单位由自己确定。
- 目的：是为了确定采样点的位置，为了同步。
介绍：
其中SS段为同步段，如果数据跳变沿正好出现在SS段，说明当前设备与波形达成同步 ，如果数据跳变沿不在SS段，说明要调整当前设备的位时序，使跳变沿正好出现在同步段。例如，有个波形的数据跳变沿刚好在同步段，又因为定义的位时序就是一位的时间 ，所以下一位数据如果再跳变的话，它肯定会在下一个位时序的同步段，如果每次波形跳变沿都在同步段，那就说明当前设备的位时序与波形是同步的，即我在当前设备定义的一位时间正好与波形的一位时间重合，这样当前设备如果是接收方，那它直接在PBS1和PBS2之间采样。如果跳变沿出现在SS段之外，就需要通过后续的硬同步和再同步来调整当前设备的位时序，使跳变沿再次出现在SS段。
PTS，意为传播时间段，用于吸收网络上的物理延迟 。网络的物理延迟指发送单元的输出延迟、总线上信号的传播延迟和接收单元的输入延迟，PTS的时间为以上各延迟时间的和的两倍。（由于硬件电路的限制，这个信号输出到总线，总会有那么一点延迟，同理，数据输入和数据在总线上传输都会有一点延迟）。
PBS1和PBS2意为相位缓冲段，这两段的作用就是确定采样点的位置 ，采样点会在PBS1和PBS2中间，如果PBS1给长点， PBS2给短点，采样点就会靠后。如果PBS1给短点， PBS2给长点，采样点就会靠前

6.硬同步

IIC是共享一个秒表，CAN是每个设备都有一个秒表
每个设备都有一个位时序计时周期 ，可以将位时序周期想象成一个秒表，总线上每个设备内部都有一个秒表，假设现在所有设备的的秒表就是同步转动的，有一个设备想作为发送方开始一段波形，那么发送方会在自己的秒表转到SS段时，开始一个新数据位，接收方内部也有一个秒表，并且它的秒表和发送方同步转动，所以接收方的秒表每次转到SS段，就知道一个新的数据位开始了，之后接收方直接在PBS1和PBS2之间进行数据采样。

如何保证所有设备的秒表同步转动呢？
- 当某个设备（发送方）率先发送报文，当发送方产生第一个跳变沿时，肯定在发送方自己的SS段，其他所有设备（接收方）收到SOF的下降沿（第一个数据跳变边沿）时，接收方会将自己的位时序计时周期拨到SS段的位置，与发送方的位时序计时周期保持同步

硬同步只在帧的第一个下降沿（SOF下降沿）有效。
ss就是接收方的时钟，下降沿是发送方的时钟，谁在前吗谁就快

7.再同步

再同步补偿宽度值的最大限值为SJW=1~4Tq，如果SJW=2Tq，但是误差为1Tq，实际补偿1Tq。如果SJW=2Tq，但是误差为3Tq，实际补偿2Tq。
- 目的：设置SJW的目的是为了防止波形中噪声对位时序造成过大影响，例如在正常的一位波形中出现了电平抖动，如果不对再同步补偿宽度进行限制，则接收方可能认为这是2位甚至是3位数据，只不过这一位时间的误差非常大而已，如果接收方这样判断，那么原本一位的数据，接收方就会收到两位或者更多位，这样接收方解析二进制流数据肯定会出错，所以接收方不能激进调整位时序，位时序补偿必须有最大限制。这样可以避免接收方因为噪声干扰而补偿过度。

波特率计算

波特率 = 1 / 一个数据位的时长 = 1 / (TSS + TPTS + TPBS1 + TPBS2)
例如：
- SS = 1Tq，PTS = 3Tq，PBS1 = 3Tq，PBS2 = 3Tq
- Tq = 0.5us
- 波特率 = 1 / (0.5us + 1.5us + 1.5us + 1.5us) = 200kbps
波特率本来的单位是波特（Baud），意为码元/s，bps是比特率的单位，但是在二进制调制下，波特率的值=比特率的值。
大小都可自己调节

8.仲裁

can中：只有响应优先级没有抢占优先级
数据帧和遥控帧ID号一样时，数据帧的优先级高于遥控帧（依靠RTR）
CAN总线只有一对差分信号线，同一时间只能有一个设备操作总线[发送数据] 若多个设备同时有发送需求，该如何分配总线资源？

8.1 规则1 - 先占先得（不同时开始）

若当前已经有设备正在操作总线发送数据帧/遥控帧，则其他任何设备不能再同时发送数据帧/遥控帧（可以发送错误帧/过载帧破坏当前数据）。
任何设备检测到连续11个隐性电平，即认为总线空闲 ，只有在总线空闲时，设备才能发送数据帧/遥控帧。
一旦有设备正在发送数据帧/遥控帧，总线就会变为活跃状态，必然不会出现连续11个隐性电平，其他设备自然也不会破坏当前发送。
若总线活跃状态其他设备有发送需求，则需要等待总线变为空闲，才能执行发送需求。前一帧的1位ACK界定符 + 前一帧的7位帧结束 + 3位帧间隔 = 11位
3位帧间隔主要是给过载帧准备的，如果这个数据帧的接收方过载了，想要延迟发送方的数据传送，那么接收方就会在帧间隔的第一位拉开总线，产生过载帧。
11位隐性电平1也可以是错误界定符8位 + 3位帧间隔

8.2 规则2 - 非破坏性仲裁（同时开始）

若多个设备的发送需求同时到来或因等待而同时到来，则[CAN总线协议] 会根据ID号（仲裁段）进行非破坏性仲裁，ID号小的（优先级高）取到总线控制权，ID号大的（优先级低）仲裁失利后将转入接收状态，等待下一次总线空闲时再尝试发送。
实现非破坏性仲裁需要两个要求：
- 线与特性：总线上任何一个设备发送显性电平0时，总线就会呈现显性电平0状态，只有当所有设备都发送隐性电平1时，总线才呈现隐性电平1状态，即：0 & X & X = 0，1 & 1 & 1 = 1。
- 回读机制 ：每个设备发出一个数据位后，都会读回总线当前的电平状态，以确认自己发出的电平是否被真实地发送出去了，根据线与特性，发出0读回必然是0，发出1读回不一定是1。

标准格式11位ID号和扩展格式29位ID号的高11位一样时，标准格式的优先级高于扩展格式（SRR必须始终为1，以保证此要求）。
标准遥控帧优先级高于扩展数据帧

9.错误处理

错误共有 5 种：位错误、填充错误、 CRC 错误、格式错误、应答错误
- 位错误：当接入总线的CAN控制器处于发送的阶段（发送报文已经仲裁成功），检测到总线上的位状态与发送的不相符，则发生位错误（ACK SLOT的隐性位除外）
- 填充错误：数据帧以及遥控帧，均通过位填充的方法编码。无论何时，发送器只要检测到位流里有5 个连续识别值的位，便自动在位流里插入一补码位。如果在通过NRZ编码过的帧部分，出现了连续相同的位电平，则产生填充错误。
- CRC错误：CRC 序列包括发送器的CRC 计算结果。接收器计算CRC 的方法与发送器相同。如果计算结果与接收到CRC 序列的结果不相符，则检测到一个CRC 错误（CRC ERROR）。
- 形式错误：当一个固定形式的位场含有1 个或多个非法位，则检测到一个形式错误（FORM ERROR）。比如说帧结尾固定为隐性位，却检测到了显性位。
- 应答错误 ：只要在ACK 间隙（ACK SLOT）期间所监视的位不为"显性"，则发送器会检测到一个应答错误（ACKNOWLEDGMENT ERROR）。

错误状态

错误帧：总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现"位错误"或"填充错误"或" CRC 错误"或"格式错误"或"应答错误" ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备(详见can总线1)

在开始的时候全部设备都是默认为主动错误状态的 ，对于错误状态之间的切换是要根据当前设备TEC和REC的值来去判断的，如果这个设备发送出现错误的时候那么TEC就会向上增加，如果接收错误的时候REC也会向上增加，如果发送数据没问题或者接收没问题那么TEC或者REC就减少，当TEC或者REC其中的一个大于临界值127的时候就会进入到被动错误状态，这说明这个设备问题有点大，那就不能在主动错误状态，不然老是破坏其他设备的数据（说白了就是自己出问题不爽了就去影响别人），如果这个设备在处于被动状态的话TEC还是一直往上涨（被动错误状态接受REC是不影响的，这里就不需要去考虑），知道突破下一个临界值255的时候，这时候这个设备的CAN总线就会关闭，不参与通讯了，也就是关小黑屋，当然CAN总线还是给他留条后路的，假如这个设备的相关信息很重要那还是得回来通讯的，也就是如果总线上检测到128次连续的11位隐性1，那经过这个时间段就可以回归到主动错误状态继续通讯。