CAN数据链路层的帧格式介绍——错误帧

前言

在CAN协议中,CAN总线除了众多优秀的特点外,还具有错误监测功能、错误通知功能、和错误恢复功能、故障封闭功能。下面系统了解以下CAN总线上的错误帧。

错误检测

所有ECU均有可以检测错误的功能。

错误通知

检测出错误的ECU会立即通知其他ECU

错误恢复

正常发送消息的ECU,一旦检测出错误,会强制结束当前

错误封闭

CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误,还是持续的数据错误。当总线上发生持续数据错误时,可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。

错误状态的类型

1. 主动错误状态(Active Error)

主动错误状态是可以正常参加总线通信的状态,处于主动错误状态的ECU检测出错误时,输出主动错误标志。

2. 被动错误状态(Passive Error)

被动错误状态是易引起错误的状态。处于被动错误的ECU,虽然能参加总线通信,但为了不妨碍其他ECU,接收时不能积极的发送错误通知。处于被动错误状态的ECU,即使检测出错误,而其他处于主动错误状态的ECU,没有发现错误,真个总线也被认为没有错误。
处于被动错误状态的ECU检测出错误时,食醋胡被动错误标志。
另外,处于被动错误的ECU在发送结束后不能马上再次开始发送,在开始下次发送前,在间隔帧期间内必须插入“延时产送(8个隐性位)”

3. 总线关闭状态(Bus Off)

总线关闭状态是不能参加总线上通信的状态,信息的接收和发送均被禁止,这些状态依靠发送错误计数器(TEC)和接收错误计数器(REC)来管理,根据计数器值决定EUC进入何种状态,错误状态和计数器关系如下图所示。

错误状态转换

在CAN协议中,有两个计数器,TEC(发送错误计数器)、REC(接收错误计数器)。这两个计数器和错误帧数量按照以下的规则换算。

回到主动错误状态:
当连续128次检测到连续11位隐性位,则又回到主动错误状态。至于为啥是连续11位隐性电平,那是因为连续11位隐性电平,认为是总线空闲状态(①帧结束是由1位隐性的ACK界定符+7位隐性EOF+3位隐性的帧间隔。②错误帧的话是8位隐性错误界定符+3位帧间隔)。

错误帧

用于在接收和发送消息的时,检测出错误,通知错误的帧,错误帧主要错误标志和错误界定符构成。

错误标志

错误标志,主要是标记错误类型,是主动错误还是被动错误。处于主动错误状态,节点就具备发出主动错误帧的能力,处于被动错误状态,节点具备发出被动错误帧的能力。
主动错误是由6个显性位构成
被动错误是由6个隐性位构成。
当多种错误同时发生时候,会出现错误标志重叠,因此会有0-6位的重叠位,最低可填0,也就是没有重叠,最高可填6,重叠了6位。

错误界定符

错误界定符由8位隐性位构成。

错误的种类

错误的种类一共有5种,多种错误可能同时发生。

1. 位错误 Bit Error

线与机制了解:在总线上显性位能够覆盖掉隐性位。

比较输出电平和总线电平(不含填充位),当两个电平不一致时,则认为是位错误。位错误的检测段分为数据帧的(SOF-EOF,)、遥控帧(SOF-EOF)、错误帧、过载帧。接收节点和发送节点均能检测出此错误。

当然以下几种情况,不认为是位错误:

①在仲裁段输出隐性电平,但检测出总线是显性电平时,不认为是位错误,而是仲裁失败
②在仲裁段作为填充位输出隐性电平,但总线上检测出显性电平时,不认为是位错误,而是填充错误。
③在ACK Slot位发出隐性电平,但总线检测出显性电平,不认为是位错误,而是有节点响应发送节点,成为ACK应答。
④输出被动错误标志(6个隐性电平),但总线上检测出显性位,不认为是位错误,而是因为线与机制,隐性被显性覆盖了(这也就是被动错误不会影响总线数据的表现)。

2. 填充错误 Stuff Error

填充机制了解:在CAN协议里,发送数据帧和遥控帧(SOF-CRC序列),当相同极性的电平连续5位时,则添加1位相反的位。接收节点也会按照此规则剔除填充位,解析到正确的数据。

在需要填充的段内,连续检测到6个位相同的电平,则认为是填充错误。填充错误的检测段分为数据帧的(SOF-CRC序列)、遥控帧(SOF-CRC序列),接收节点和发送节点均能检测此错误。

3. ACK错误 ACK Error

ACK应答了解:发送节点在ACK Slot发送隐性电平,接收节点接收到发送节点时,检查收到的报文没有填充错误、格式错误、CRC错误,均无错误时,便会将ACK Slot为显性发向总线,即发送节点便会在ACK Slot回读到显性。

发送单元在ACK槽(ACK Slot)时间段内没有回读到显性电平,发送节点便会检测出ACK错误。

4. 格式错误 Form Error

常见的帧结构了解:数据帧如下图,一般帧结构里定义为固定为隐性电平的位。


在帧结构中定义的固定格式,当接收节点检测到相反的格式,则接收节点认为是格式错误。格式错误的检测段分为数据帧的(CRC界定符、ACK界定符、EOF)、遥控帧(CRC界定符、ACK界定符、EOF),错误界定符、过载界定符。

5. CRC错误 CRC Error

接收单元在接收到的数据计算出CRC结果,与接收到的CRC序列作为比较,若检测不一致,则接收节点认为是CRC错误。

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