【CAN通讯系列8】如何准确接收数据？

在 【CAN通讯系列7】波特率是什么？已经介绍了CAN位时间和采样点等概念，每1位由同步段(SS)、传播时间段(PTS)、相位缓冲段1(PBS1)和相位缓冲段2(PBS2)四个段组成，这个也成为位时序，采样点位置处于PBS1和PBS2的交界处，如下所示：

这样定义的目的是为了保证当发送节点发送一帧数据到总线时，接收节点能准确接收到这帧数据，收发双方数据同步，下面具体了解其机制。

1 数据传输同步  

CAN协议的通信方法为NRZ(不归零)编码方式，即1和0都分别由不同的电子显著状态来表现，除此之外，没有中性状态、也没有其他种状态，而且各个位的开头或者结尾都没有附加同步信号。发送节点以与位时序同步的方式开始发送数据，相应地，接收节点根据总线上电平的变化进行同步和接收。发送节点和接收节点存在时钟频率误差，传输路径上电缆和驱动器等的相位延迟，这些情况会引起同步偏差，因此接收节点需要采取一些方法来调整时序，针对帧结构，在空闲状态检测出第一个下降沿（帧起始SOF下降沿）时，进行硬同步，则在其余各段进行再同步。

1.1 硬同步  

在总线空闲状态，接收节点检测出帧起始（SOF位）时，会调整当前位的同步(SS)段，调整宽度不限，这就是硬同步，即接收节点直接将此下降沿的位置认为是SS段，强行将自己的SS段与发送节点的SS段直接拉齐，然后按照位时序对信号进行采样，达到同步的效果。

发送节点在发送SOF位时，SOF位的下降沿在SS段，此时接收节点发现自己当前位的SS段和发送节点SOF位的SS段不同步，于是接收节点强行将自己的SS段拉到与SOF位的SS段同步。

1.2 再同步  

再同步是指接收节点检测出除SOF位以外的其他位时，通过加长PSB1段或缩短PBS2段进行的同步调整，以保证采样点的准确。

比较发送节点和接收节点的时序，存在两种情况需要进行再同步，一种发送节点慢于接收节点产生SS段，另一种是发送节点快于接收节点产生SS段。

情况1：发送节点慢于接收节点

发送节点比接收节点的时间慢了，也就是说发送节点当前位的ss段产生的时候，接收节点当前位的ss段已经在2个Tq之前产生了；此时，接收节点就将PBS1延长2个Tq的时间。以使得两者的采样点同步，如下所示。    

 source：一篇易懂的CAN通讯协议指南1

情况2：发送节点快于接收节点

发送节点当前位的SS段诞生2Tq时长之后，接收节点当前位才产生SS段；于是接收节点当前位的PBS2段缩短，使得接收节点的下一位能够提前2个Tq，从而接收节点的下一位采样点和发送节点下一位的采样点能够同步。

 source：一篇易懂的CAN通讯协议指南1

对于这两种情况，存在延长或缩短若干个Tq，这里对于Tq数量是有限制的，使用同步跳转宽度SJW来做限制。SJW是指PSB1或PSB2段进行再同步时允许跳转的最大宽度，其必须满足以下2个条件：1）SJW必须小于PBS1和PBS2的最小值；2）SJW最大值不能超过4个Tq。    

通过上述内容的介绍，应该会对同步段、传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2有更深入的理解，可以再回顾下这四个段的定义：

1）同步段：CAN网络中的所有节点，在接收一位数据时，以此段作为位起始的参考点，进行下降沿的检测，统计下降沿基于SS段的偏移，然后进行位时序的调整，使接收趋于同步（下降沿在理想情况下应出现在SS段）。

2）传播时间段：CAN总线上数据的传输会受到物理延迟，比如发送节点的发送延迟、总线上信号的传播延迟、接收节点的输入延迟等，PTS段就是用来补偿这些因素产生的时间延迟。

3）相位缓冲段1：若下降沿延后n个Tq，且延迟不大于同步跳转宽度，使得原本位时序中采样点位置提前n个Tq，则需要对PBS1段增加n个Tq数（使采样点位置延后n个Tq），吸收这段误差。

4）相位缓冲段2：若跳变边沿提前n个Tq, 且不大于同步跳转宽度，使得原本位时序中采样点位置延后n个Tq,则需要对上一个位时序的PBS2段减少n个Tq数（使采样点位置提前n个Tq），吸收这段误差。

因此有了这样的机制后，接收节点才能采样准确，获取发送节点的真实数据。

2 小结  

理解了同步段、传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2之后，那我们就可以结合一个实际的例子来看：在实际开发过程中，如何对芯片配置这四段的Tq数，以实现波特率，请关注下篇文章。