本帖最后由 wahe2008 于 2025-3-26 19:53 编辑
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一、先说说CAN总线的特点及相关概念。
1. 差分信号传输
CAN总线使用两根信号线（CAN_H和CAN_L）进行数据传输，通过这两根线上的电压差来表示逻辑0和逻辑1。在隐性状态时，两根线的电压差为0V；在显性状态时，电压差至少为2V。这种差分信号传输方式具有抗干扰能力强、时序定位精确的优点。
2. 报文广播与优先级仲裁
CAN总线采用广播通信方式，所有节点都可以发送和接收数据。当一个节点发送数据时，它会将数据和标识符（ID）一起发送到总线上。标识符不仅用于标识消息类型，还用于确定消息的优先级。如果多个节点同时发送数据，CAN总线会通过标识符的逐位仲裁机制解决冲突，优先级高的节点继续发送，优先级低的节点停止发送并转为接收状态。
3. 帧结构与数据传输
CAN总线通过帧（Frame）进行数据传输，帧分为四种类型：
数据帧：用于发送数据。
远程帧：用于请求数据。
错误帧：用于通知总线错误。
过载帧：用于在数据帧之间提供延时。
数据帧由多个字段组成，包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段等，确保数据的完整性和可靠性。
4. 多主控制与错误处理
CAN总线支持多主控制，所有节点在总线空闲时都可以发送数据。此外，CAN总线具有强大的错误检测和处理能力，包括错误检测、错误通知和错误恢复功能，确保系统的高可靠性。
5. 物理层与网络扩展
CAN总线的物理层通常使用非屏蔽双绞线（UTP），最大传输速率为1Mbps，最大网络扩展距离为40米。在总线两端通常会连接120欧姆的终端电阻，以减少信号反射和提高信号质量。
通过以上机制，CAN总线实现了高效、可靠的数据传输，广泛应用于汽车、工业自动化等领域。
二、CAN 控制器的工作模式
CAN 控制器有 3 种工作模式：
睡眠模式
系统复位之后， CAN 控制器处于睡眠模式， 该模式下 CAN 的时钟停止，因此可以节省电能，但软件仍然
可以访问邮箱寄存器， 同时 TX 管脚的内部上拉电阻被禁用。
冻结模式
软件对 CAN 控制器的初始化，只能在冻结模式下进行。对 CAN 控制器的 14 组过滤器组（包括模式、位宽、
FIFO 关联、激活和过滤器值）进行初始化可以在非冻结模式下进行。当 CAN 处于冻结模式时，禁止报
文的接收和发送。
通讯模式
在冻结工作模式配置完成后，控制 CAN 进入通讯工作模式，开始报文收发过程。
三、CAN总线协议本身存在握手机制，主要通过以下机制确保通信的可靠性：
1. 应答确认（ACK）机制
工作原理：发送节点在数据帧末尾添加一个ACK时隙，接收节点若成功接收数据，则在该时隙内发送显性电平（逻辑0）作为应答；若未收到应答，发送节点会触发错误处理机制并重传数据。
作用：通过物理层的即时反馈，确保单帧数据的有效传输。
2. 错误检测与重发机制
错误类型：包括位错误、CRC校验错误、格式错误等。
处理流程：检测到错误后，节点立即发送错误帧中止当前通信，并自动重传数据，直至达到最大重试次数或成功发送3。
优先级保障：错误帧具有最高优先级，可快速终止错误数据的传播。
3. 非破坏性仲裁机制
冲突解决：当多个节点同时发送数据时，通过帧ID的逐位仲裁（显性电平优先）决定发送顺序，避免总线冲突。
隐性握手：仲裁过程本质是节点间通过电平竞争达成一致的“握手”，确保高优先级数据优先传输。
4. CAN高层协议的扩展握手（如CANopen SDO）
应用层握手：在CANopen协议中，服务数据对象（SDO）通过分段传输+ACK确认实现多帧数据的可靠传输。
示例：发送端分段传输数据后，接收端逐段确认，若某段未收到ACK则重传。
CAN总线的基本机制，尤其是ACK的部分。ACK在CAN协议中是一个重要的应答机制。发送节点在发送完数据帧后，会在ACK槽监听是否有接收节点应答。
ACK字段由两位组成，ACK槽和ACK界定符。发送节点在发送数据时，会在ACK槽放置隐性位（1），而接收节点如果正确接收到数据，就会将ACK槽拉成显性位（0）。这时候，发送节点通过检测ACK槽的电平变化来判断是否有节点正确接收。这个过程涉及到总线的线与机制，因为多个接收节点可以同时拉低电平，只要有一个节点正确接收，ACK槽就会显性，发送节点就知道数据被成功接收了。
另外，错误处理方面，如果发送节点在ACK槽检测到隐性位，说明没有接收节点应答，这时候会触发ACK错误，发送节点会启动重传机制。同时，ACK的检测是发送节点的责任，接收节点则通过改变ACK槽的电平来应答，而不是发送完整的帧，这有助于提高效率。
ACK的结构位置位于数据帧的末尾，CRC之后，发送节点在发送完数据后进入监听状态，检查ACK槽的状态。同时，不同的版本比如CAN FD可能有不同的机制，在标准CAN上，可以简要说明标准帧的结构，但不需要深入FD部分。
还要注意，错误检测中的ACK错误属于发送节点需要检测的类型，而接收节点可能检测其他类型的错误如CRC错误等。
总结来说，识别ACK的关键点在于发送节点在特定位置监听电平变化，利用总线的线与特性，通过显性位判断应答，并结合错误处理机制确保可靠性。
四、CAN总线通过以下机制识别ACK应答：
1.ACK字段的结构与位置
ACK字段位于CAN数据帧的末尾，紧接在CRC校验字段之后，由ACK槽（1位）和ACK界定符（1位）组成。
发送端行为
发送节点在ACK槽和ACK界定符处默认发送隐性位（逻辑1）。
2.ACK识别机制
接收节点应答
接收节点若成功接收数据，会在ACK槽将总线电平拉为显性位（逻辑0）。由于CAN总线“线与”特性，只要有一个接收节点应答，总线电平即显性。
发送节点检测
发送节点在发送完数据帧后进入监听状态，通过检测ACK槽电平判断是否被应答：
若ACK槽为显性位：表示至少一个节点成功接收。
若ACK槽保持隐性位：触发ACK错误（未应答错误），发送节点启动重传流程。
3.错误处理与ACK的关系
ACK错误判定
发送节点若未检测到显性ACK槽，则记录ACK错误并累计发送错误计数器（TEC），当TEC超限时节点进入“被动错误”状态。
多节点协同机制
CAN总线的多主架构允许任意节点作为发送方，ACK机制确保所有节点均可参与应答，但仅需一个显性位即可完成全局确认。
4.实际应用场景
故障排查
通过分析错误帧中的ACK段（如显性位缺失或异常波形），可定位通信故障节点。例如，周期性干扰可能导致ACK槽电平异常。
协议兼容性
CAN 2.0（标准帧和扩展帧）与CAN FD均沿用ACK机制，但高速CAN（<1Mbps）和低速CAN（<125kbps）在时序细节上存在差异。
综上，CAN总线通过硬件层的电平检测与协议层的错误计数器协同工作，实现高效可靠的ACK识别与错误处理。
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楼主
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从CAN总线的特点及相关概念介绍切入，到CAN控制器的工作模式，引出CAN的握手机制探讨。
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