CAN總線(xiàn)位定時(shí)參數的確定

摘要：CAN通信中，波特率、位周期內取樣點(diǎn)數和位置可以編程設置，這些設置為用戶(hù)根據其應用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )通信性能提供了方便。優(yōu)化位定時(shí)參數，能夠保證信息同步，保證傳輸延遲和時(shí)鐘誤差在極端條件下進(jìn)行恰當的錯誤檢測。本文說(shuō)明位定時(shí)參數的確定方法。

引言

CAN總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的、多主的異步串行通信網(wǎng)絡(luò )。由于CAN總線(xiàn)具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，適合高噪聲環(huán)境，具有較遠的傳輸距離，并且Philips和Intel等半導體公司都有支持CAN通信協(xié)議的集成器件。CAN總線(xiàn)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應用。

在CAN通信協(xié)議中規定，通信波特率、每個(gè)位周期的取樣位置和個(gè)數，都可以自行設定。這樣的設計理念，為用戶(hù)在自己的應用中，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )通訊性能提供了空間。為了通過(guò)設定位定時(shí)參數來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )通信性能，必須清楚位定時(shí)參數與參考時(shí)鐘誤差和系統內信號延遲的關(guān)系。如果位周期內的取樣位置偏后，將能夠容忍較大的信號傳輸延遲，相應的，總線(xiàn)傳輸距離可以延長(cháng)；而如果周期內的取樣位置接近中間，則可以容忍系統的節點(diǎn)間的參考時(shí)鐘誤差。但這顯然是矛盾的，為了協(xié)調這種矛盾，必須對位定時(shí)參數進(jìn)行優(yōu)化位置。

圖1 位周期結構圖

通過(guò)對CAN總線(xiàn)位定時(shí)參數進(jìn)行研究，找到矛盾的關(guān)鍵所在，就能夠對其進(jìn)行優(yōu)化，從而提高通信系統的整體性能。下面以Philips公司的獨立通信控制器SJA1000為例，進(jìn)行研究。

1 相關(guān)定義

1.1 位周期的組成

波特率（fbit）是指單位時(shí)間內所傳輸的數據位的數量，一般取單位時(shí)間為1s。波特率由通信線(xiàn)上傳輸的一個(gè)數據位周期的長(cháng)度（Tbit）決定，如下式所示。

Fbit=1/Tbit （1）

根據Philips公司的獨立通信控制器，一個(gè)位周期由3個(gè)部分組成：同步段（tSYNC_SEG）、相位緩沖段1（tTSEG1）和相位緩沖段2（tTSEG2）。

Tbit=tSYNC_SEG tTSEG1 tTSEG2 (2)

所有這些時(shí)間段，都有一個(gè)共同的時(shí)間單元——系統時(shí)鐘周期（TSCL）。具體到SJA1000，TSCL由總線(xiàn)時(shí)序寄存器的值來(lái)確定。SJA1000有2個(gè)總線(xiàn)時(shí)序寄存器，即總線(xiàn)時(shí)序寄存器0（BTR0）和總線(xiàn)時(shí)序寄存器1（BTR1）。這2個(gè)寄存器有自己不同的功能定義，共同作用決定總線(xiàn)的通信波特率。

總線(xiàn)時(shí)序寄存器0 定義波特率預設值BRP（共6位，取值區間[1,64]和同步跳轉寬度SJW（共2位，取值區間[1,4]）的值。位功能說(shuō)明如表1所列。

表1

bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0SJW.1SJW.0BRP.5BRP.4BRP.3BRP.2BRP.1BRP.0

CAN的系統時(shí)鐘周期TSCL，可以由BRP的數值為決定，計算公式如下：

TSCL=2TCLK×BRP=2TCLK×(32BRP.5 16BRP.4

8BRP.3 4BRP.2 2BRP.1 1BRP.0 1) （3）

其中TCLK為參考時(shí)間的周期。

TCLK=1/fCLK （4）

為了補償不同總線(xiàn)控制器的時(shí)鐘振蕩器之間的相位偏移，任何總線(xiàn)控制器必須在當前傳送的相關(guān)信號邊沿重新同步。同步跳轉寬度定義了每一位周期可以被重新同步縮短或延長(cháng)的時(shí)鐘周期的最大數目。

tSJW=TSCL×（2×SJW.1 1×SJW.0 1） （5）

總線(xiàn)時(shí)序寄存器1 定義每個(gè)位周期長(cháng)度采樣點(diǎn)的位置和在每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣數目。位功能說(shuō)明如表2所列，其中SAM意義見(jiàn)表3。

表2

bitbitbitbitbitbitbitbitSAMTSEG2.2TSEG2.1TSEG2.0TSEG1.3TSEG1.2TSEG1.1TSEG1.0

表3

位值功 能SAM0三倍：總線(xiàn)采樣三次：建議在中/低速總線(xiàn)（A和B級）使用，有處于過(guò)濾總線(xiàn)上毛刺1單倍：總線(xiàn)采樣一次；建議使用在高速總線(xiàn)上（SAEC級）

TSEG1（共4位，取值區間[1,16]）和TSEG2（共3位，取值區間[1,8]）決定了每一位時(shí)鐘數目和采樣點(diǎn)的位置。這里

tSYNC_SEG=1×TSCL（此時(shí)間段固定） （6）

tTSEG1=TSCL×(8×TSEG1.3 4×TSEG1.2 2×TSEG1.1 1×TESG1.0 1) (7)

tTSEG2=TSCL×(4×TSEG2.2 2×TSEG2.1 1×TESG2.0 1) (8)

位周期的標量值（NBT）定義為，SYNC_SEG（同步段系統時(shí)鐘周期數）、TSEG1（相位緩沖段1系統時(shí)鐘周期數）、TSEG2（相位緩沖段2系統時(shí)鐘周期數）之和。這決定了它的取值區間為[3,25]，在1個(gè)取樣點(diǎn)時(shí)，最小值一般取4；在3個(gè)取樣點(diǎn)時(shí)，最小值一般取5。

NBT=Tbit/TSCL=SYNC_SEG TSEG1 TSEG2 (9)

位周期的一般結構如圖1所示。

1.2 參考時(shí)鐘誤差

在系統中，每一個(gè)節點(diǎn)都有自己獨立的參考時(shí)鐘。由于制造工藝、運行時(shí)間及環(huán)境溫度的變化，這些時(shí)鐘的實(shí)際頻率往往偏離預期的頻率值。我們稱(chēng)這種偏差為參考時(shí)鐘誤差（Δf）。FCLK,max/min表示參考時(shí)鐘頻率的最大值或最小值，fCLK,rat表示參考時(shí)鐘頻率的額定值。

相應的系統時(shí)鐘周期也會(huì )有誤差。TSCL,min表示系統時(shí)鐘周期最小值，TSCL,max表示系統時(shí)鐘周期最大值，TSCL,rat表示系統時(shí)鐘周期額定值。由于Δf

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