導(dǎo)讀

在工程應(yīng)用中，CAN通信的穩(wěn)定性至關(guān)重要，但丟幀和錯誤幀現(xiàn)象卻時(shí)有發(fā)生。本文將簡要分析導(dǎo)致這些問題的常見原因，并給出針對性的解決方案。

一般來說，使用CAN通信的場合，對通信的穩(wěn)定性都有很高的要求。但在工程應(yīng)用現(xiàn)場，經(jīng)常遇到各種原因引起的丟幀或者出現(xiàn)錯誤幀的現(xiàn)象，下面對各種可能的原因進(jìn)行簡要說明。
?總線沖突

CAN（Controller Area Network）總線是一種常用于汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議和總線系統(tǒng)。在CAN總線中，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時(shí)嘗試發(fā)送消息時(shí)，可能會發(fā)生總線沖突。這種沖突可能會導(dǎo)致消息丟失，從而引發(fā)丟幀和通信錯誤。

在CAN總線中，每個消息都具有一個唯一的標(biāo)識符（ID），用于確定消息的優(yōu)先級。當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)嘗試發(fā)送消息時(shí)，CAN總線使用一種基于非爭用的訪問機(jī)制，即辨識出發(fā)消息的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級，并將較低優(yōu)先級的消息掛起，以確保高優(yōu)先級消息能夠順利發(fā)送。這種機(jī)制使得CAN總線在大多數(shù)情況下能夠避免碰撞和沖突。

圖1 總線沖突

然而，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)具有相同優(yōu)先級并且同時(shí)嘗試發(fā)送消息時(shí)，仍然有可能發(fā)生總線沖突。為了減少這種沖突的發(fā)生，CAN總線使用了非?？焖俚?a target="_blank">算法來檢測碰撞，并且具有重發(fā)機(jī)制，以確保消息能夠成功傳輸。

此外，CAN總線還使用了一種錯誤檢測和糾正機(jī)制，以確保即使發(fā)生了沖突或丟幀，接收節(jié)點(diǎn)仍然能夠檢測到錯誤并進(jìn)行糾正，從而提高了通信的可靠性。

?總線噪聲和抖動

CAN總線上的噪聲和抖動可能導(dǎo)致信號失真，使得節(jié)點(diǎn)無法正確接收到消息，這種信號失真可能會導(dǎo)致丟幀。

圖2 總線噪聲

首先，噪聲和抖動可能來自于CAN總線上的電磁干擾或者節(jié)點(diǎn)之間的電氣連接問題。為了減少這種影響，可以采取以下措施：

使用合適的屏蔽和濾波器：在CAN總線的連接線路上使用屏蔽電纜和濾波器可以有效地減少電磁干擾對信號的影響。

確保良好的接地和電氣連接：良好的接地和電氣連接可以減少抖動和噪聲的產(chǎn)生，確保信號的穩(wěn)定傳輸。

優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的布局和電氣設(shè)計(jì)：合理安排CAN節(jié)點(diǎn)的布局和電氣設(shè)計(jì)可以減少節(jié)點(diǎn)之間的干擾，減少噪聲和抖動的產(chǎn)生。

其次，針對已經(jīng)產(chǎn)生的噪聲和抖動，可以采取以下措施來減少其對信號的影響：

使用抗干擾的芯片和設(shè)備：選擇具有良好抗干擾性能的芯片和設(shè)備可以有效地減少噪聲和抖動對信號的影響。

優(yōu)化信號調(diào)節(jié)和處理算法：通過優(yōu)化信號調(diào)節(jié)和處理算法，可以減少噪聲和抖動對信號的影響，提高節(jié)點(diǎn)對消息的正確接收率。

總之，針對CAN總線上的噪聲和抖動問題，可以通過合理設(shè)計(jì)和布局、使用抗干擾的設(shè)備和優(yōu)化信號處理算法等措施來減少其對信號的影響，確保節(jié)點(diǎn)能夠正確接收消息，避免丟幀等問題的發(fā)生。

?CAN總線負(fù)載過重

圖3 總線負(fù)載過重導(dǎo)致CAN總線負(fù)載過重的原因可能包括以下幾個方面：

消息頻率過高：CAN總線上的消息頻率過高會導(dǎo)致總線負(fù)載增加，從而可能導(dǎo)致丟幀的問題。特別是在網(wǎng)絡(luò)中存在大量節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送消息或者某些節(jié)點(diǎn)頻繁發(fā)送消息的情況下，會導(dǎo)致總線負(fù)載過重。

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加：當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加時(shí)，總線負(fù)載也會增加，因?yàn)楦嗟墓?jié)點(diǎn)需要共享總線帶寬，可能導(dǎo)致消息沖突和丟失。

消息長度過長：過長的消息長度會占用更多的總線帶寬，導(dǎo)致總線負(fù)載過重。

針對上述可能的導(dǎo)致CAN總線負(fù)載過重的原因，給出的解決方法如下：

優(yōu)化消息設(shè)計(jì)：對于頻率過高的消息，可以考慮優(yōu)化消息設(shè)計(jì)，減少不必要的消息發(fā)送，或者將多個消息合并為一個更大的消息以降低總線負(fù)載。

考慮節(jié)點(diǎn)數(shù)量：在設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)中所需的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并合理規(guī)劃總線帶寬和消息發(fā)送頻率，以避免總線負(fù)載過重。

使用CAN FD協(xié)議：如果可能的話，可以考慮使用CAN FD協(xié)議。CAN FD提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的數(shù)據(jù)幀長度，可以減輕總線負(fù)載過重的問題。

消息過濾和優(yōu)先級設(shè)置：通過合理設(shè)置消息過濾和優(yōu)先級，可以確保重要消息優(yōu)先傳輸，避免總線負(fù)載過重導(dǎo)致丟幀。

性能評估和調(diào)整：對CAN網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行評估，包括總線負(fù)載、消息沖突等情況，根據(jù)評估結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

通過以上解決方法，可以有效地解決CAN總線負(fù)載過重可能導(dǎo)致丟幀的問題，確保CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和可靠性。

您還想到哪些原因？下期我們接著分析。