深度解析 AS32S601 芯片 CAN Bus Off 机制：从原理到应用的全流程指南

一、前言

在汽车电子、工业自动化等众多领域，CAN 总线作为一种可靠的通信协议被广泛应用。而 AS32S601 芯片凭借其卓越的性能和可靠性，在这些领域也发挥着重要作用。其中，CAN Bus Off 功能作为 CAN 总线通信中的关键错误处理机制，对于保障整个通信网络的稳定性具有重要意义。

二、CAN Bus Off 功能详解

（一）定义与作用

CAN Bus Off（总线关闭）是指 CAN 节点因发送错误帧过多，超出设定数量后，被总线 “关闭” 进入 Bus Off 状态。此时节点无法收发消息，直至被重置或自动恢复。其主要作用是防止故障节点持续干扰总线通信，确保其他正常节点能继续工作。

（二）错误状态分类

1. 主动错误状态（Error Active） ：节点正常参与通信时的状态。检测到错误会发送主动错误标志（连续 6 个显性位），强制中断当前总线报文传输。
2. 被动错误状态（Error Passive） ：节点发送或接收错误计数器超过 127 时进入。此状态下节点虽能通信，但发送错误标志时用被动错误标志（连续 6 个隐性位），不会强制中断总线报文传输。
3. 总线关闭状态（Bus Off） ：最严重错误状态，节点发送错误计数器（TEC）超过 255 时触发。节点完全脱离总线，不能收发报文。

:

Bus Off机制的设计目的是为了避免某个设备因为自身原因（例如硬件损坏）导致无法正确收发报文而不断破坏总线的数据帧，从而影响其他正常节点通信。

三、Bus Off 产生原因与触发条件

（一）产生原因

1. 物理层故障 ：如 CAN_H/CAN_L 线路开路或短路（包括对电源或地短路）、终端电阻缺失、接地不良等，会影响信号传输的完整性和可靠性，进而导致 CAN 节点出现错误帧。
2. 信号干扰 ：强电磁干扰、强电流干扰会破坏 CAN 总线上传输的信号，使节点接收到错误的报文，从而引发错误计数器增加。
3. 节点故障 ：CAN 控制器或收发器硬件损坏、软件逻辑错误导致持续发送错误帧，会使节点自身发送错误帧数量迅速上升，最终触发 Bus Off 状态。
4. 总线负载过高 ：CAN 总线负载率长期接近或超过理论上限（如 >70%），会导致报文无法及时发送，节点重试次数增加，错误计数累积。

（二）触发机制

基于 CAN 协议定义的错误计数器机制，主要包括发送错误计数器（TEC）和接收错误计数器（REC）。当 TEC 超过阈值（通常为 255）时，节点进入 Bus Off 状态。错误计数规则如下：

• 发送错误时：TEC + 8
• 接收错误时：REC + 1
• 成功发送后：TEC - 1（最低降至 0）
• 成功接收后：REC - 1（最低降至 0）

状态转换路径依次为主动错误状态 → 被动错误状态 → 总线关闭状态。

四、Bus Off 的检测与解决测试

（一）检测方法

1. 错误计数器监控 ：通过监控 TEC 和 REC 值预测节点状态变化。当 TEC > 127 时进入被动错误状态；TEC > 255 时进入 Bus Off 状态。可使用如下代码监控并打印 TEC 计数：

/*------监控并打印TEC计数------*/

Printf("TEC: 0x%x ！rn", CANFD3-  >ECR & CANFD_ECR_TEC);

Printf("ESTAT: 0x%xrn", CANFD3-  >SR & CANFD_SR_ESTAT);

** 2.状态寄存器查询** ：在错误中断处理逻辑中查询 CAN 控制器的状态寄存器相应位。示例代码如下：

PLIC_InitTypeDef PLIC_InitStructure;

CANFD_ITConfig(CANFD3, CANFD_IT_EBSOFF, ENABLE);//打开BUSOFF中断

/*

* Function: CANFD3_IRQ_Handler
* Description: CANFD3 interrupt handler function.
* Param: None.
* Return: None.

*/

**void** CANFD3_IRQ_Handler()

{

**if** (CANFD_GetITStatus(CANFD3, CANFD_FLAG_BSOFF) != RESET)

{

Printf("BusOff!rn");

/* Clear the interrupt pending bits */

CANFD_ClearITPendingBit(CANFD3, CANFD_CLEAR_BSOFF);

}

}

（二）解决方案

1. 自动恢复 ：若支持自动恢复功能（auto bus on），可使用以下代码开启：

/*------打开BUS-OFF自动回复功能------*/

CANFD_AutoBusOffRecoConfig(CANFD3,ENABLE);

2.手动恢复 ：需重置 CAN 控制器或重新初始化 CAN 节点。让 CAN 进入初始化模式，再进入正常工作模式。示例代码如下：

/*------打开BUS-OFF自动回复功能------*/

**if** (key3_flag)

{

key3_flag = 0;

CANFD_SetBusOff_Recovery(CANFD3);

Printf("The key3 pressed，BUS-OFF Recovery!rn");

}

3.快慢恢复策略

：快恢复适用于临时性错误，短时间内（如 50ms）尝试恢复；慢恢复适用于较长时间（如 1s）后恢复，避免频繁错误影响系统。代码示例如下：

/*------BUS-OFF慢恢复-快恢复策略------*/

**if** （Quick_Recovery_Flag < 5）

{

**if** (time50_flag)

{

time50_flag = 0;

Quick_Recovery_Flag++;

CANFD_SetBusOff_Recovery(CANFD3);

Printf("50ms BUS 0FF Quick Recovery!rn");

}

}

**if** (Slow_Recovery_Flag < 3)

{

**if** (time1000_flag)

{

time1000_flag= 0;

Slow_Recovery_Flag++;

CANFD_SetBusOff_Recovery(CANFD3);

Printf("1000ms BUS 0FF Slow Recovery!rn");

}

}

五、Bus Off 的影响与后果

（一）对节点的影响

1. 通信能力丧失 ：节点无法发送报文或应答总线上的报文，也不能对总线产生任何影响，但部分实现下仍可接收总线上的数据。
2. 功能限制 ：虽然 ECU 节点从总线脱离，但 ECU 依然正常运行，所有任务仍被操作系统调度。

（二）对系统的影响

1. 保护机制 ：防止故障节点不断发送错误帧，影响整个网络的通信质量，确保其他正常节点可以继续通信。
2. 潜在风险 ：若关键节点进入 Bus Off 且无法恢复，可能导致系统功能降级或失效，在安全关键系统中可能引发更严重的后果。

总结

CAN Bus Off 功能作为 CAN 总线通信中的重要错误处理机制，在 AS32S601 芯片中得到了良好的支持和实现。通过深入了解其原理、产生原因、触发条件以及检测和恢复方法，我们能够更好地应对 CAN 总线通信中可能出现的问题，提高系统的可靠性。在实际应用中，应根据系统需求选择合适的检测和恢复策略，平衡系统可靠性和响应速度。

审核编辑 黄宇