当前位置：首页 > news >正文

江协科技 CAN总线入门课程(仲裁)

news 2025/9/30 8:05:20

第四章的主题是总线的资源分配规则，也就是多个设备想同时发送波形时，总线如何进行资源分配。

CAN总线只有一对差分信号线，同一时间只能有一个设备操作总线发送数据，若多个设备同时有发送需求，该如何分配总线资源？

•解决问题的思路：制定资源分配规则，依次满足多个设备的发送需求，确保同一时间只有一个设备操作总线

接下来我们学习的就是CAN总线的资源分配规则。这个规则有两个，规则1是先占先得；规则2是非破坏性仲裁。这两个规则分别对应的是资源冲突的两种情况。其中第一种就是图中所展示的情况，在一个设备发送波形的中途，另一个设备想开始一个新的发送。这种情况好处理，直接不允许新的信号进来就行了。第二个情况就比较复杂，就是把第二个波形往前提，两个波形的起始位置是一眼的，两个设备都在同一时刻想要开始一段波形。既然它们是同时开始的，就没办法用先来后到判定谁先谁后了。第二种情况不太好处理，但是CAN总线设计了一种很巧妙的规则来解决这个问题，那就是非破坏性仲裁。

资源分配规则1 - 先占先得

若当前已经有设备正在操作总线发送数据帧/遥控帧，则其他任何设备不能再同时发送数据帧/遥控帧（可以发送错误帧/过载帧破坏当前数据）

任何设备检测到连续11个隐性电平，即认为总线空闲，只有在总线空闲时，设备才能发送数据帧/遥控帧

一旦有设备正在发送数据帧/遥控帧，总线就会变为活跃状态，必然不会出现连续11个隐性电平，其他设备自然也不会破坏当前发送

若总线活跃状态其他设备有发送需求，则需要等待总线变为空闲，才能执行发送需求

资源分配规则2 - 非破坏性仲裁

若多个设备的发送需求同时到来或因等待而同时到来，则CAN总线协议会根据ID号（仲裁段）进行非破坏性仲裁，ID号小的（优先级高）取到总线控制权，ID号大的（优先级低）仲裁失利后将转入接收状态，等待下一次总线空闲时再尝试发送

实现非破坏性仲裁需要两个要求：

线与特性：总线上任何一个设备发送显性电平0时，总线就会呈现显性电平0状态，只有当所有设备都发送隐性电平1时，总线才呈现隐性电平1状态，即：0 & X & X = 0，1 & 1 & 1 = 1

回读机制：每个设备发出一个数据位后，都会读回总线当前的电平状态，以确认自己发出的电平是否被真实地发送出去了，根据线与特性，发出0读回必然是0，发出1读回不一定是1。

接下来我们用图形的方式详细解释一下仲裁的全过程。先看一下下面这个非破坏性仲裁过程，仲裁规则是：•数据位从前到后依次比较，出现差异且数据位为1的设备仲裁失利。这里单元1和单元2也就是两个设备，他们的波形想要同时开始产生。其中，单元1第一位SOF是显性0，单元2第一位SOF也是显性0，两个单元同时张开总线，根据线与特性，总线呈现显性0。然后单元1回读总线电平，是0没问题；单元2回读总线电平，是0 也没问题。所以单元1和单元2会继续发送。SOF之后就是ID号了。单元1发送ID号最高位，是0；单元2发送ID号最高位，也是0，根据线与特性，总线呈现显性0。然后单元1回读为0和自己发的一样，没问题；单元2回读为0也和自己发的一样，没问题。所以单元1和单元2仍然会继续发送.......之后每一位都是如此判断。直到红色的这一位，在这一位时单元1的ID号是1，所以单元1发1，释放总线；单元2的ID号是0，所以单元2发0，拉开总线。根据线与规则，总线呈现显性0状态。之后单元2回读为0，和自己发的一样，没问题。但是，单元1这是回读，也是0，这就有问题了。单元1想自己明明发送的是1，但是读回总线电平为什么是0呢？这说明，有别的设备，正在和单元1抢总线，并且在这一位，我发1，它发了0，所以才会呈现出我发1但是读回却是0的现象。在此时刻单元1感知到了别的设备的存在并且单元1发出的数据1，被别的设备的数据0破坏了，所以单元1仲裁失利。之后单元1就转为接收状态，等到下一次总线空闲，再重新尝试发送。