車載電控單元CAN通信應(yīng)答錯(cuò)誤處理策略

王睿朝，陳思嘉，徐成竹，衛(wèi) 威，方偉家

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

1 引言

隨著汽車電子電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，車載總線上的電子控制單元不斷增加，而各電控單元間的信息交互也更加頻繁，這也導(dǎo)致總線錯(cuò)誤的發(fā)生幾率大大提升。為保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，主機(jī)廠會(huì)對(duì)所有電控單元的網(wǎng)絡(luò)行為作出統(tǒng)一的定義。當(dāng)檢測到總線錯(cuò)誤時(shí)，所有電控單元都應(yīng)依據(jù)主機(jī)廠既定的策略作后續(xù)處理。

2 應(yīng)答錯(cuò)誤的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)答：所有接收方應(yīng)檢查接收數(shù)據(jù)幀的一致性，并應(yīng)對(duì)一致的幀進(jìn)行應(yīng)答，對(duì)不一致的幀進(jìn)行標(biāo)記。未被應(yīng)答的幀已損壞并應(yīng)被發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)記。圖1為CAN數(shù)據(jù)幀格式。

應(yīng)答場：應(yīng)答場為2位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答分隔符。在應(yīng)答場中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)發(fā)送2個(gè)隱性位。如圖2所示。

應(yīng)答間隙：所有接收到匹配的CRC序列的節(jié)點(diǎn)，在應(yīng)答間隙發(fā)送應(yīng)答 （發(fā)送1個(gè)顯性位覆蓋發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的隱性位）。應(yīng)答間隙電平變化如圖3所示。

圖1 CAN數(shù)據(jù)幀格式

圖2 應(yīng)答場

應(yīng)答分隔符：作為應(yīng)答場的第2個(gè)位，應(yīng)答分隔符應(yīng)該是1個(gè)隱性位。因此，應(yīng)答間隙應(yīng)被2個(gè)隱性位包圍 （CRC分隔符，應(yīng)答分隔符）。

應(yīng)答錯(cuò)誤：無論何時(shí)只要發(fā)送方在應(yīng)答間隙檢測不到顯性位 （發(fā)送方發(fā)送的報(bào)文沒有被其他任何節(jié)點(diǎn)正確接收）都應(yīng)檢測到應(yīng)答錯(cuò)誤。應(yīng)答錯(cuò)誤可被任何節(jié)點(diǎn)檢測出。

圖3 應(yīng)答間隙電平變化

只要檢測到一個(gè)錯(cuò)誤，LLC子層都應(yīng)得知。因此，MAC子層應(yīng)發(fā)起錯(cuò)誤標(biāo)志的傳輸。CAN的層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

錯(cuò)誤幀由2個(gè)不同的場組成，第1個(gè)場為來自2個(gè)不同節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加，后面第2個(gè)場為錯(cuò)誤分隔符。

錯(cuò)誤標(biāo)志分為主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的顯性位組成，被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由6個(gè)連續(xù)的隱性位組成，其中的部分或全部可被其他節(jié)點(diǎn)的顯性位覆蓋。被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志又為由發(fā)送方發(fā)起的和由接收方發(fā)起的。

圖4 CAN的層結(jié)構(gòu)

應(yīng)答錯(cuò)誤的錯(cuò)誤標(biāo)志是由發(fā)送方發(fā)起的被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，如圖5所示。

圖5 應(yīng)答錯(cuò)誤的錯(cuò)誤標(biāo)志

應(yīng)答錯(cuò)誤的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)：當(dāng)發(fā)送方在發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志時(shí)，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器應(yīng)+8。

例外：發(fā)送方處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)，因沒有檢測到顯性應(yīng)答且當(dāng)發(fā)送它的被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志時(shí)沒有檢測到顯性位從而產(chǎn)生應(yīng)答錯(cuò)誤。

出現(xiàn)此例外的正常原因：系統(tǒng)啟動(dòng)期間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)在線，此節(jié)點(diǎn)發(fā)送一些報(bào)文，無法得到應(yīng)答，從而檢測到一個(gè)錯(cuò)誤并重復(fù)發(fā)送這些報(bào)文。根據(jù)ISO 11898-1，13.1.4.2，c），1），它將進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)，但是不會(huì)總線關(guān)閉。

例外情況下，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器保持不變。節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖6所示。

任何節(jié)點(diǎn)在發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志、被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或過載標(biāo)志后應(yīng)能容許多達(dá)7個(gè)連續(xù)顯性位。在主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或過載標(biāo)志情況之后檢測到第14個(gè)連續(xù)顯性位或在被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志之后檢測到第8個(gè)連續(xù)的顯性位之后，且在每增加8個(gè)連續(xù)顯性位之后，每個(gè)發(fā)送方的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器+8，每個(gè)接收方的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器+8。幀傳輸成功后 （得到應(yīng)答，在幀結(jié)束完成傳輸前沒有檢測到任何錯(cuò)誤），發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器-1，除非它已為0。

圖6 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

3 應(yīng)答錯(cuò)誤的產(chǎn)生原因及檢測

產(chǎn)生應(yīng)答錯(cuò)誤的原因如下。

1）正常原因：系統(tǒng)啟動(dòng)期間只有1個(gè)節(jié)點(diǎn)在線，此節(jié)點(diǎn)發(fā)送一些報(bào)文，無法得到應(yīng)答，從而檢測到一個(gè)錯(cuò)誤并重復(fù)發(fā)送這些報(bào)文。根據(jù)ISO 11898-1，13.1.4.2，c），1），它將進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)，但是不會(huì)總線關(guān)閉。

2）硬件錯(cuò)誤：發(fā)送方正確發(fā)送置位的ACK Slot，接收方在線，正確接收從SOF至ACK Slot所有信息，但未對(duì)發(fā)送方進(jìn)行置位回復(fù)；或發(fā)送方正確發(fā)送置位的ACK Slot，接收方將位置信息誤讀。電控單元通信示意圖如圖7所示。

圖7 電控單元通信示意圖

應(yīng)答錯(cuò)誤的檢測：應(yīng)答錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值大于127（錯(cuò)誤計(jì)數(shù)功能由CAN芯片內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)），從而進(jìn)入并一直保持被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)，而不會(huì)導(dǎo)致總線關(guān)閉。這點(diǎn)是應(yīng)答錯(cuò)誤區(qū)別于其他錯(cuò)誤的顯著標(biāo)志，其他幾種錯(cuò)誤會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致發(fā)送方進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。目前，CAN芯片無法單獨(dú)檢測應(yīng)答錯(cuò)誤，而是采用排除法，檢測到發(fā)送方持續(xù)保持被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)而不進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)，即認(rèn)為檢測到應(yīng)答錯(cuò)誤。Bosch是通過20ms驗(yàn)證時(shí)間記錄被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)診斷故障代碼來認(rèn)為發(fā)送方持續(xù)保持被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的。

4 應(yīng)答錯(cuò)誤的處理策略及實(shí)現(xiàn)方式

應(yīng)答錯(cuò)誤的處理策略 （圖8）：CAN相關(guān)診斷未開啟時(shí)，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測到所發(fā)送報(bào)文的應(yīng)答錯(cuò)誤后，會(huì)嘗試重新發(fā)送該報(bào)文直到發(fā)送成功。重復(fù)發(fā)送該報(bào)文過程中，若CAN相關(guān)診斷開啟，則從CAN相關(guān)診斷開啟時(shí)開始計(jì)時(shí)。若該報(bào)文繼續(xù)發(fā)送TTx_TimeOut時(shí)間后，仍處于應(yīng)答錯(cuò)誤狀態(tài)，則要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送報(bào)文，并等待TTx_Recovery超時(shí) （發(fā)送節(jié)點(diǎn)在等待TTx_Recovery期間應(yīng)進(jìn)行CAN芯片的重新初始化），時(shí)間參數(shù)見表1。超時(shí)后發(fā)送節(jié)點(diǎn)再次開始發(fā)送報(bào)文。發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于應(yīng)答錯(cuò)誤狀態(tài)期間，需保證以下行為。

圖8 應(yīng)答錯(cuò)誤處理策略示意圖

表1 時(shí)間參數(shù)

1）在TTx_Recovery期間，發(fā)送節(jié)點(diǎn)應(yīng)做好接收?qǐng)?bào)文的準(zhǔn)備。

2）發(fā)送節(jié)點(diǎn)不會(huì)因應(yīng)答錯(cuò)誤而進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。

3）報(bào)文超時(shí)監(jiān)控不受應(yīng)答錯(cuò)誤影響。

4）應(yīng)答錯(cuò)誤的處理行為只在CAN相關(guān)診斷開啟狀態(tài)下激活。

應(yīng)答錯(cuò)誤的處理行為的實(shí)現(xiàn)：應(yīng)答錯(cuò)誤的處理行為是通過檢測被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)后觸發(fā)中斷實(shí)現(xiàn)的。中斷是通過設(shè)置中斷使能寄存器 （圖9）、中斷標(biāo)志寄存器 （圖10）實(shí)現(xiàn)的。以MC9S12XE-Family Controller Area Network為例。

圖11為電控單元檢測到應(yīng)答錯(cuò)誤后，按照上述策略處理應(yīng)答錯(cuò)誤的測試驗(yàn)證。

圖9 中斷使能寄存器

圖10 中斷標(biāo)志寄存器

圖11 應(yīng)答錯(cuò)誤處理策略的測試驗(yàn)證