低速容错CAN协议接入单元及应用

新能源汽车发展的过程中，车载CAN网络故障时有发生，低速容错CAN协议有哪些方法值得我们学习？

ISO11898-2的解读对高速CAN学习大有裨益，但除了高速CAN，低速容错CAN也是CAN协议家族中重要的一员，低速和高速CAN虽然都使用同样的屏蔽双绞线连接，但物理介质和有关接口却有不同的规定，同时，低速容错协议对于故障定义也有不同。

基于物理介质及介质有关接口我们能更好的了解通讯协议的构建，那么低速（发送速率40k~125kbps）容错的物理层有哪些特性值得我们注意的呢？今天我们通过解读《ISO11898-3：低速 容错介质相关接口》继续了解这份重要国标。

1. 介质的特性

1.1 CAN分层架构

1.1.1 图2重点描述了容错低速CAN收发器物理层及一部分数据链路层。 

图2 ISO参考模型/CAN分层架构

数据链路层

LLC：逻辑链路控制

MAC：介质访问控制

物理层

PLS：物理层信号

PMA：物理介质接入设备

MDI： 介质专用接口

也就意味着，根据ISO11898-3的描述，我们想要了解低速容错协议，我们需要了解MDI也需要了解PLS等，所以接下来，我们会重点介绍上述物理层中的的几个组成部分。

2. 低俗容错介质专用接口说明

先来看看什么是容错CAN，容错CAN的物理层是由CAN_H、CAN_L和GND三根线组成的。

2.1 低俗容错CAN协议物理介质

应使用平行（更推荐屏蔽的双绞）线作为CAN传输的物理介质，这一点在CAN协议中是共识，良好的屏蔽和双绞程度有利于满足更高的EMC需求，为CAN传输提供稳定可靠的物理环境。

2.1.1 低俗容错CAN协议节点与总线的连接

CAN_H和CAN_L两条电缆在终端节点网络结束，每条线束的所有终端电阻应该大于100Ω。图中终端电阻a是可选的，也就意味着在特定条件下，不是所有的节点都需要加单个终端电阻。

图3 CAN信号总线终端节点

2.1.2 物理信号（PLS）

总线有两种逻辑状态：显性和隐性。他们之间以差分电平作为区分： 

在隐性状态时，CAN_L电平高于CAN_H，差分电压DIFF为负数，所以隐性状态在总线空闲或隐性位时传输。在显性状态时正好相反，CAN_H电平高于CAN_L，差分电压DIFF为正数，显性状态覆盖隐性状态，并在显性位传送。下图中a段表示隐性，b段为显性。

图4 物理位表示

2.1.3 网络规范

单个CAN节点可通过“总线拓扑”或“星型拓扑”两种方式联入通信网络（见下图，其中数字表示单个节点序号）。

图5 总线拓扑

图6 致远CTM1054T容错CAN隔离收发器拓扑图 

图7 星型拓扑

2.1.4 物理介质故障定义

下表中规定的物理故障描述对应容错收发器的故障。

图8 物理故障

物理故障会影响到总线的正常通讯，这些故障我们称之为故障事件，而事件一般可以分为两大类：电源故障和总线故障，一般情况下检测到故障事件时，会引发收发器内部重启。

电源故障：如果一个节点与地/电源断开（或者地大于所定义极限值的±1.5V），这种故障称之为电源故障；

总线故障：不是所有的总线故障都能被收发器识别，因此定义了可查询的略缩事件组，见下图。

图9 错误事件

2.2 IOS11898故障精确定位快速排除的方法

通过查阅上表中的错误事件可以大概定位错误部分，但对于具体的错误节点ID、错误类型、错误场段、解决方式等并不知道，所以如何精确快速的定位到错误的报文与波形成为检测效率提升的关键。

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图10 CANscope总线分析仪

图11 CANscope内部集成了容错CAN收发器

图12 一致性测试四大观测界面

图13 CANTester物理层与数据链路层一致性测试部分项目

图14 等效电路功能进行输入电容电阻等测试