【车载开发系列】总线物理层规范中篇

【车载开发系列】总线物理层规范中篇
- 一. 什么是位时间
- 二. 位时间与时间份额的关系
- 三. 什么是时间份额Tq
- - 1）同步段（SS: Synchronization Segment）
  - 2）传播段（PTS: Propagation Time Segment）
  - 3）相位缓冲段1
  - 4）相位缓冲段2
- 四. 什么是采样点
- 五. 采样点与总线质量的关系
- 六. 什么是第二采样点
- 七. 什么是位同步机制
- 八. 为什么CAN总线波特率是一个范围
- 九. 总结

一. 什么是位时间

由发送单元在非同步的情况下每秒钟发送的位数称为位速率，即一个二进制位在总线上传输所需要的时间就是位时间。1除以位时间之后可以得到波特率（也就是位的速率）。

二. 位时间与时间份额的关系

Tq是CAN总线上的最小时间段。而一个电平位时间由若干个Tq组成，根据标准规定一个位时间最小由8个Tq组成。

三. 什么是时间份额Tq

时间份额是通过MCU芯片的晶振周期分频得到的，它的作用是用于定义CAN通信中每一位的时序结构，确保数据传输的稳定性和同步性。每一位Tq都包含以下四个部分：

同步段(Synchronization Segment)

传播段(Propagation Segment)

相位缓冲段1(Phase Buffer Segment 1）和相位缓冲段2(Phase Buffer Segment 2)，这些段的长度以Tq为单位进行配置

1）同步段（SS: Synchronization Segment）

每个位的传输从同步段开始，用于同步各节点，同步进行接收和发送的工作。长度对应1个Tq

2）传播段（PTS: Propagation Time Segment）

用于吸收网络上的物理延迟的段。所谓的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、接收单元的输入延迟，这个段的时间为以上各延迟时间的和的两倍。其长度对应1~8个Tq

3）相位缓冲段1

相位缓冲段用于补偿跳变沿的相位误差，其长度会在重同步的实现过程中延长或缩短。

同步过程中可以对TSEG1进行延长，此外为方便编程，许多CAN模块将传播段及TSEG1合并为一段。最小为3个Tq。

4）相位缓冲段2

同步过程中可以对TSEG2进行缩短。最小为2个Tq

四. 什么是采样点

采样点英文为SAMPLE POINT。它是位时间内的一个时间点。采样点是读取CAN总线的电平，并将读到的电平作为相应位值的点。通常情况下，采样点位于相位缓冲段1的结尾。

CAN FD报文的采样点必须符合表"CAN FD报文的位编码/解码值"中的要求。对于CAN FD报文仲裁段，采样点必须设置在80%；而对于CAN FD报文数据段，采样点必须设置在75%。

五. 采样点与总线质量的关系

如果采样点过早，信号可能未稳定，容易受到噪声干扰；而采样点过晚则可能错过有效信号窗口，特别是在长距离传输时。

理想采样点：应在信号最稳定的中点稍后位置，通常采样点选择建议在75%-85%之间。

采样点可以设置1个或者3个。正确的采样点设置对可靠通信至关重要。

六. 什么是第二采样点

SSP是CAN控制器针对自发报文回读时的采样点，SSP位置由TD和SSP offset决定。它实现了数据回读时的位错误检测。

SSP是发送端独有武器，接收端不需要。仲裁段不用SSP：低速传输（≤500kbps）延迟影响小。

七. 什么是位同步机制

在CAN通信中，有两种同步机制：硬同步与重同步。

2.1 同步的规则

☆ 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；

☆ 任何一个从"隐性"到"显性"的下降沿都可以用于同步；

☆ 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；

☆ 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；

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

八. 为什么CAN总线波特率是一个范围

根据 CAN 规范的要求，总线上的所有器件都必须使用相同的比特率才能完成通信。然而，并非所有器件都要求具有相同的主振荡器时钟频率。所以，CAN 总线能够在一定的范围内容忍总线上CAN节点的通信波特率的偏差，这种机能使得 CAN 总线有很强的容错性，同时也降低了对每个节点的振荡器精度。所以CAN总线的波特率是一个范围。

九. 总结

本文首先介绍了位时间的概念，它是一个bit数据在CAN总线上的传输时间。它由若干个时间份额Tq决定，一般是8个时间份额决定一个位时间。1除以位时间就可以得到波特率。时间份额可以通过MCU芯片的晶振周期分频得到，时间份额由四个部分组成，分别是同步段，传播段，相位缓冲段1和2。在时间份额上，有一个点叫做采样点，采样点一般位于相位缓冲段1之上，它就是CAN总线上的电平。为啥要将采样点设置到相位缓冲段上呢？因为只有将采样点选择到75%-85%中，才能准确的取到电平的高低。

一般我们所说的CAN总线波特率是一个范围，这样可以让总线可以有更好的容错性，可以让每个总线上的组件即使存在一定的时钟偏差，依然可以很好的通信。