一文读懂CAN总线错误处理

 来源：车端 初光  

1 CAN总线错误类型

为了防止故障节点干扰甚至阻塞整个CAN网络系统，CAN协议实现了复杂的故障限制机制。为了保证通信的正常，CAN 2.0 总线协议总线中各节点需要采取以下措施进行错误检测：

监视（对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）

循环冗余检查

位填充

报文格式检查

CAN协议具有检测错误的能力。但是如果发生错误，它无法纠正错误。因此，如果发生错误，检测到的节点或ECU将向CAN网络发送错误帧。与之相对应的CAN 2.0 总线协议定义参与通信的CAN节点错误类型如下：

位错误(Bit Error) 发送的位值和总线监视的位值不相符合时，检测到一个位错误(除仲裁场、应答场外)；

填充错误(Stuff Error)

如果在使用位填充编码的位流中，出现了第六个连续相同的位电平，将检测到一个位填充错误；

形式错误 (Form Error)

当一个固定形式的位场含有一个或多个非法位时，将检测到一个形式错误；

应答错误 (Acknowledgment Error)

在应答间隙（ACK SLOT）所监视的位不为“显性”，则会检测到一个应答错误；

CRC 错误(CRC Error)

如果接收器的CRC结果和发送器的CRC结果不同，将检测到一个CRC错误。

2 CAN总线错误处理机制

每个CAN控制器都有自己的CAN总线错误处理程序。为了处理这个问题，每个CAN控制器有两个计数器寄存器（0 – 255），即：发送错误计数器 （TEC） 和接收错误计数器 （REC） 。如果5个错误中发生任何一个发生错误，它将根据错误类型增加 TEC 或 REC。Tips：一个特例：如果CAN总线上只有一个节点，该节点发送数据帧后得不到响应(ACK)，其发送计数器TEC最大只能计到128，即该节点只能进入错误被动状态，而不会进入总线关闭状态，这就是为什么当您没有将任何设备连接到网络时，您的ECU将持续发送帧，但不会检测到总线关闭并保持错误被动状态。

错误计数器的递增和递减操作是不对称的。在成功传输或接收消息时，如果相应的错误计数器未为零，则相应的错误计数器将递减。在传输或接收错误的情况下，计数器将递增，但递增值大于递减值。具体错误限制管理规则如下：

a) 当接收器检测到错误时，接收错误计数器REC+ 1。例外：发送活动错误标志、过载标志期间的位错误。

b) 当接收器在发送错误标志后检测到显性位作为第一位时，接收错误计数器REC+8。

c) 当发送器发送错误标志时，发送错误计数器REC+8。

 

    1) 例外 1：如果发送器是错误被动状态，并且由于未检测到显性 ACK 而检测到 ACK 错误，并且在发送其被动错误标志时未检测到显性位。
    2) 例外 2：如果发送方因为仲裁期间发生填充错误而发送错误标志，因此，填充位应该是隐性的，并且已作为隐性发送但被监视为主导的。
    在这两种例外情况下，传输错误计数器保持不变。

 

d) 如果发送器在发送活动错误标志或过载标志时检测到位错误，则发送错误计数器TEC+8。

e) 如果接收器在发送活动错误标志或过载标志时检测到位错误，则接收错误计数器TEC+8。

f) 在发送活动错误标志、被动错误标志或过载标志后，任何节点都应容忍最多7 个连续显性位。在检测到第14个连续显性位后（在活动错误标志或过载标志的情况下）或在被动错误标志后检测到第 8 个连续显性位之后，并且每当在出现额外的8个连续显性位序列之后，REC和TEC都需要+8。

g) 成功传输一个帧后（收到 ACK 并且没有检测到错误，直到 EOF 被检测到完成），传输错误计数器应减1，直到为0。

h) 成功接收一个帧后（接收到 ACK 时隙没有错误并且成功ACK 位的发送），接收错误计数器应减 1，如果它介于1和127。如果接收错误计数器为0，则应保持为零 (0)，如果它大于127，则应将其设置为介于119和127。

3 什么是CAN协议中的故障限制

故障限制是一种检查机制，可以区分短时干扰（例如电缆的噪声耦合到传输介质）和永久性故障（例如，节点发生故障并干扰总线）. CAN通信节点的状态分为暂时错误(Error active和Error Passive)和永久性故障(Bus Off)；

永久性故障节点自动脱离总线，防止网络锁定；Bus Off恢复需要满足于以下两个条件：

在bus off发生后，总线上已经检测到了128次11个连续的隐性位(逻辑"1")；

用户程序请求恢复，通常MCU中的CAN控制器都可以支持自动恢复和手动恢复两种方式。CAN总线的bus off恢复需要满足整车的网络管理规范。

处于暂时错误(Error active和Error Passive)状态的CAN 2.0总线节点，其状态可以根据其发送错误计数器(TEC)和接收错误计数器(REC)值的变化，自动切换，而进入永久性故障(Bus Off))状态的节点，必须进入重新初始化才能恢复：

因此，节点可能处于以下三种可能的错误状态之一：

错误活动状态。错误被动状态。错误总线关闭状态。

1. CAN协议中的错误主动状态

当CAN设备通电时，它以错误活动状态启动。处于错误活动状态的设备通常可以参与CAN通信。它还会在检测到错误时传输主动错误标志。此主动错误标志（表示主导 0 位序列）会导致当前帧传输中止，从而导致同一消息的后续重新传输。

其中两个错误计数器（TEC 和 REC）在错误活动状态下都小于 128。它完全参与总线通信，并通过传输活动错误帧来发出错误信号。这包括 6 个主导位的序列，后跟 8 个隐性位，所有其他节点都使用适当的错误标志进行响应，以响应违反位填充规则。

2. CAN协议中的错误被动状态

如果发送错误计数器或接收错误计数器大于127，CAN设备将进入错误被动状态。处于错误被动状态的设备仍然可以参与通信，但在检测到任何错误时会传输被动错误标志。此被动错误标志（隐性 1 位序列）通常不会中止其他设备（如错误主动帧）传输的帧。

此外，错误被动节点必须在消息传输后等待额外的时间（Suspend Transmission Field，ITM后的 8 个隐性位），然后才能启动新数据。

3. CAN协议中的总线关闭状态

如果CAN控制器的发送误差计数器超过255，则进入总线关闭状态。它与总线断开连接（使用内部逻辑），不再参与总线活动。简单地说，我们可以说物理上与总线连接和逻辑上断开连接。为了重新连接协议控制器，必须执行Bus Off recovery sequence。这通常涉及主机系统对CAN控制器的重新初始化和配置，之后它将等待（128 * 11）隐性位时间，然后再开始通信。

　　审核编辑：汤梓红