CAN總線中位定時(shí)的設(shè)定方法

CAN 總線中位定時(shí)的設(shè)定方法總線中位定時(shí)的設(shè)定方法 技術(shù)員 2009 10 12 10 30 44 閱讀 89 評(píng)論 0 字號(hào) 大中小 訂閱 摘要 在 CAN 總線中 位定時(shí)有一點(diǎn)小錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致總線性能嚴(yán)重下降 雖然在許多情況下 位同 步會(huì)修補(bǔ)由于位定時(shí)設(shè)置不當(dāng)而產(chǎn)生的錯(cuò)誤 但不能完全避免出錯(cuò)情況 并且在遇到兩個(gè)或多個(gè) CAN 節(jié) 點(diǎn)同時(shí)發(fā)送的情況時(shí) 錯(cuò)誤的采樣點(diǎn)會(huì)使節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志 使節(jié)點(diǎn)不能贏得總線上的任何活動(dòng) 因 此要分析 解決這樣的錯(cuò)誤就需要對(duì) CAN 總線位定時(shí)中的位同步和 CAN 節(jié)點(diǎn)的工作過(guò)程有一個(gè)深入的 了解 本文描述了 CAN 總線位同步的運(yùn)行規(guī)則以及如何對(duì)位定時(shí)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 關(guān)鍵詞 總線 位定時(shí) 同步 延遲 1 前言 CAN 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) 1Mbit s 通常用石英晶振作為時(shí)鐘發(fā)生器 可以獨(dú)立進(jìn)行位定 時(shí)的參數(shù)設(shè)置 這樣即使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘周期不一樣仍可獲得相同的位速率 但網(wǎng)絡(luò)中晶振的頻率 不是絕對(duì)穩(wěn)定的 溫度 電壓以及器件的異常都會(huì)導(dǎo)致微小的差別 但只要將其穩(wěn)定在振蕩器容差范圍之 內(nèi) 總線上的節(jié)點(diǎn)會(huì)通過(guò)重同步進(jìn)行彌補(bǔ) CAN 總線的一個(gè)位時(shí)間可以分成四個(gè)部分 同步段 傳播段 相位緩沖段 1 和相緩沖位段 2 每段 的時(shí)間份額的數(shù)目都是可以編程控制的 而時(shí)間份額的大小 tq 由系統(tǒng)時(shí)鐘 tsys 和波特率預(yù)分頻值 BRP 決定 tq BRP tsys 如圖 1 圖 1 表 1 位時(shí)間的參數(shù) 參數(shù)范圍說(shuō)明 分頻值 1 32 規(guī)定時(shí)間份額的長(zhǎng)度 同步段1tq固定長(zhǎng)度 同步總線節(jié)點(diǎn) 傳播時(shí)間段 1 8 tq補(bǔ)償總線物理延遲時(shí)間 相位緩沖段 1 1 8 tq重同步時(shí)可以暫時(shí)延長(zhǎng) 相位緩沖段 2 1 8 tq重同步時(shí)可以暫時(shí)縮短 同步跳轉(zhuǎn)寬度 1 4 tq長(zhǎng)度小于相位緩沖段 2 同步段 1 同步段用于同步總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn) 在此段內(nèi)期望有一個(gè)跳變沿出現(xiàn) 如果跳變沿出現(xiàn)在同步 段之外 那么沿與同步段之間的長(zhǎng)度叫做沿相位誤差 采樣點(diǎn)位于相位緩沖段 1 的末尾和相位緩沖段 2 開 始處 2 傳播時(shí)間段用于補(bǔ)償總線上信號(hào)傳播時(shí)間和電子控制設(shè)備內(nèi)部的延遲時(shí)間 因此 要實(shí)現(xiàn)與 位流發(fā)送節(jié)點(diǎn)的同步 接收節(jié)點(diǎn)必須移相 CAN 總線非破壞性仲裁規(guī)定 發(fā)送位流的總線節(jié)點(diǎn)必須能夠 收到同步于位流的 CAN 總線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的顯性位 圖 2 顯示了兩個(gè)總線節(jié)點(diǎn)的相移和傳播段時(shí)間 圖 2 在這個(gè)例子里 節(jié)點(diǎn) A 和節(jié)點(diǎn) B 都是發(fā)送節(jié)點(diǎn) 因此總線要對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仲裁 節(jié)點(diǎn) A 比節(jié)點(diǎn) B 提前發(fā)送不到 1 個(gè)位時(shí)間 當(dāng)節(jié)點(diǎn) B 收到延遲后的跳變沿時(shí) B 節(jié)點(diǎn)要同步于 A 節(jié)點(diǎn) 對(duì)位時(shí)間進(jìn)行 移相 移相后節(jié)點(diǎn) B 發(fā)送的標(biāo)識(shí)號(hào)有較高優(yōu)先級(jí) 因此節(jié)點(diǎn) B 贏得總線的使用權(quán) 如圖節(jié)點(diǎn) B 發(fā)送的顯 性位經(jīng)過(guò)延遲后到達(dá)節(jié)點(diǎn) A 因?yàn)榇嬖谡袷幤魅莶?節(jié)點(diǎn) A 的采樣點(diǎn)在相位緩沖段的位置是不能確定的 所以節(jié)點(diǎn) B 發(fā)送的位流 必須在 A 節(jié)點(diǎn)的相位緩沖段 1 開始之前到達(dá) 因此傳播時(shí)間段的長(zhǎng)度將受到這個(gè)條件的限制 如果節(jié)點(diǎn) B 發(fā)送一個(gè)隱性到顯性的跳變沿 節(jié)點(diǎn) A 在相位緩沖段 1 開始之后收到 那么節(jié)點(diǎn) A 就有可能采樣到一 個(gè)隱性位 導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)位錯(cuò)誤 這樣的錯(cuò)誤只有當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與總線仲裁 且總線比較長(zhǎng) 節(jié)點(diǎn)的振蕩 器頻率相差較大時(shí)才會(huì)出現(xiàn) 另外 CAN 總線還提供一種采樣方式 即采樣 3 次 在相位緩沖段首尾以 及相位緩沖段 1 2 的交界處各采樣一次 并通過(guò)位定時(shí)邏輯確定位的正確值 這樣就會(huì)要求額外的一個(gè) 時(shí)間份額的延遲 因而需要更長(zhǎng)的傳播時(shí)間段 3 相位緩沖段和同步 同步跳轉(zhuǎn)寬度規(guī)定了重同步發(fā)生時(shí)采樣點(diǎn)在相位緩沖段內(nèi)移動(dòng)的距離 相位緩沖段和同步跳轉(zhuǎn)寬度 用來(lái)補(bǔ)償振蕩器容差 發(fā)生重同步時(shí)相位緩沖段會(huì)被加長(zhǎng)或縮短 當(dāng)總線發(fā)生從隱性到顯性跳變時(shí) 會(huì)產(chǎn) 生同步 其作用是控制沿與采樣點(diǎn)之間的距離 總線節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)間份額都會(huì)采樣總線 并與前一次采樣 值進(jìn)行比較 如果前一次采樣值是隱性而當(dāng)前的采樣值是顯性 那么總線節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生一次同步 如果跳 變沿出現(xiàn)在同步段的前面 沿相位錯(cuò)誤就是負(fù)的 反之就是正的 在幀起始時(shí) 總線會(huì)進(jìn)行一次硬同步 硬同步后 位時(shí)間由每個(gè)位定時(shí)邏輯單元在同步段之后重新啟 動(dòng) 強(qiáng)迫引起硬同步的邊沿處于重新啟動(dòng)位時(shí)間的同步段內(nèi) 當(dāng)引起重同步的沿相位錯(cuò)誤幅值小于或等于 同步跳轉(zhuǎn)寬度的數(shù)值時(shí) 重同步導(dǎo)致位時(shí)間的延長(zhǎng)或縮短 使采樣點(diǎn)處于適當(dāng)?shù)奈恢?當(dāng)沿相位誤差幅值 大于重同步跳轉(zhuǎn)寬度時(shí) 如果相位誤差為正 相位緩沖段 1 延長(zhǎng)數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度 如果相位誤差為 負(fù) 相位緩沖段 2 縮短數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度 通過(guò)同步 總線可以有效地濾除長(zhǎng)度小于傳播段與相位緩沖段 1 長(zhǎng)度之和的噪聲 但在一個(gè)位時(shí)間 里只允許一種同步發(fā)生 除了噪聲以外 絕大多數(shù)的同步都是由仲裁引起的 總線上的所有節(jié)點(diǎn)都要同步 于最先開始發(fā)送的節(jié)點(diǎn) 但是由于總線延遲 節(jié)點(diǎn)的同步不可能達(dá)到理想的要求 如果最先發(fā)送的節(jié)點(diǎn)沒(méi) 有贏得總線仲裁 那么所有的接收節(jié)點(diǎn)都要重新同步于獲得總線仲裁的節(jié)點(diǎn) 應(yīng)答場(chǎng)的情況也是如此 總 線上的接收節(jié)點(diǎn)都要同步于最先發(fā)送顯性位的節(jié)點(diǎn) 但是當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘周期不同并經(jīng)過(guò)多 次同步累加起來(lái) 振蕩器容差會(huì)導(dǎo)致同步在仲裁場(chǎng)之后出現(xiàn) 圖 3 列舉了沿相位誤差為正負(fù)兩種情況 中 間的圖作為參考 說(shuō)明了相位緩沖段如何彌補(bǔ)沿相位錯(cuò)誤 圖 3 在第一個(gè)例子里 同步段末端出現(xiàn)了一個(gè)隱性到顯性的跳變沿 那么相位緩沖段 1 將加長(zhǎng) 使得跳 變沿到采樣點(diǎn)之間的長(zhǎng)度與沒(méi)有跳變沿出現(xiàn)時(shí)同步段到采樣點(diǎn)之間的長(zhǎng)度相等 由于沿相位誤差小于同步 跳轉(zhuǎn)寬度 因此重同步補(bǔ)償了沿相位誤差 在下一個(gè)正常位時(shí)間到來(lái)時(shí) 顯性到隱性的跳變沿就出現(xiàn)在同 步段 在第二個(gè)例子中 一個(gè)隱性到顯性的跳變沿出現(xiàn)在相位緩沖段 2 因此相位緩沖段 2 會(huì)縮短 并且同 步段會(huì)被省略 這是因?yàn)楫?dāng)節(jié)點(diǎn)同步于邊沿時(shí) 節(jié)點(diǎn)無(wú)法確定處于相位緩沖段 2 的同步段的起始位置 由 于沿相位誤差的幅值小于同步跳轉(zhuǎn)寬度 所以重同步取得的效果與第一個(gè)例子是一樣的 需要注意的是 相位緩沖段只是暫時(shí)的被加長(zhǎng)或者縮短 在下一個(gè)位時(shí)間 緩沖段又會(huì)恢復(fù)預(yù)設(shè)值 圖 4 顯示了同步是怎 樣消除顯性噪聲干擾的 列舉的兩個(gè)例子中 噪聲都是在傳播段的末尾開始 長(zhǎng)度為傳播時(shí)間段與相位緩 沖段 1 的和 圖 4 在第一個(gè)例子里 同步跳轉(zhuǎn)寬度大于或者等于噪聲跳變沿的相位誤差 因此采樣點(diǎn)適當(dāng)移動(dòng) 采樣 值為隱性位 消除了噪聲 在第二個(gè)例子中 同步跳轉(zhuǎn)寬度小于沿相位誤差 采樣點(diǎn)移動(dòng)的長(zhǎng)度不夠 顯 性值被當(dāng)作總線的真實(shí)值采樣 4 振蕩器容差范圍 影響振蕩器容差范圍的因素有相位緩沖段 1 相位緩沖段 2 同步跳轉(zhuǎn)寬度和位時(shí)間 最大容差范 圍需要滿足下面兩個(gè)條件 I df I I df 需要注意的是同步跳轉(zhuǎn)寬度不能大于相位緩沖段 1 和 2 中的任何一個(gè) 5 CAN 控制器的配置與延遲時(shí)間的計(jì)算 配置 CAN 控制器最關(guān)鍵的部分就是對(duì)兩個(gè)寄存器的設(shè)置 寄存器 0 決定傳播時(shí)間段 相位緩沖段 1 和相位緩沖段 2 寄存器 2 決定同步跳轉(zhuǎn)寬度和分頻值 在位定時(shí)寄存器中 TSEG1 TSEG2 SJW 和 BRP 設(shè)定的值要比其功能值小 1 因此設(shè)定范圍是 0 N 1 而不是 1 N 所以位時(shí)間可以由 TSEG1 TSEG2 3 tq 或者 同步段 傳播段 相位緩沖段 1 相位緩沖段 2 tq 得到 當(dāng)總線延遲時(shí)間很小時(shí) 計(jì)算節(jié)點(diǎn)的輸入延遲和輸出延遲就要求很精確 在位定時(shí)的設(shè)置中 只有 節(jié)點(diǎn)的輸入和輸出延遲需要知道 我們可以通過(guò)下述方法計(jì)算延遲時(shí)間 在總線上輸入一個(gè)顯性脈沖 長(zhǎng) 度為一個(gè)位時(shí)間的長(zhǎng)度 處于空閑狀態(tài)的錯(cuò)誤激活節(jié)點(diǎn)將認(rèn)為是幀起始因而會(huì)產(chǎn)生一次硬同步 6 個(gè)隱性 位過(guò)后 總線節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)填充位錯(cuò)誤 發(fā)出錯(cuò)誤激活標(biāo)志 我們可以得到從發(fā)送顯性脈沖開始到接收 錯(cuò)誤激活標(biāo)志結(jié)束的這段時(shí)間 t1 t1 包括節(jié)點(diǎn)輸入延遲和輸出延遲 同步延遲以及多個(gè)位時(shí)間 同步延 遲由時(shí)鐘振蕩器決定 在位時(shí)間里 時(shí)鐘同步延遲由同步段補(bǔ)償 因此在計(jì)算延遲時(shí)間時(shí) 要通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí) 鐘振蕩器的相位來(lái)消除它 為了獲得較為精確的延遲時(shí)間 我們必須對(duì)時(shí)鐘振蕩器的相位以及總線節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行調(diào)整以獲得最小的 t1 因此 輸入輸出延遲時(shí)間 t2 min t1 7 正常位時(shí)間 6 小結(jié) 位時(shí)間的范圍是 8 25 個(gè)時(shí)間份額 時(shí)間份額的大小由分頻值確定 我們首先要確定的是傳播時(shí)間 段 大小由總線延遲時(shí)間決定 在一個(gè)可以擴(kuò)展的總線結(jié)構(gòu)中 最大節(jié)點(diǎn)延遲和總線最大長(zhǎng)度必須考慮 一般情況下 每米延遲為 5 5ns 同步段的長(zhǎng)度為 1 個(gè)時(shí)間份額 因此相位緩沖段的長(zhǎng)度為 時(shí)間份額總數(shù) 1 傳播時(shí)間段時(shí)間份額數(shù) tq 如果剩余的份額數(shù)是偶數(shù) 那么應(yīng)有相位緩沖段 1 相位緩沖段 2 或者相 位緩沖段 2 相位緩沖段 1 1 而且