[CAN总线的物理层 ]1.CAN/CANFD采样的点的内容分享

好的，最近一直忙于工作上的事情，没有时间记录自己的学习，好在今天星期六，昨天遇到项目组的一个问题，关于MCAL配置CANFD采样点的事情，那么今天我们就从OSI的物理层“微观上”了解下CAN总线协议吧

了解采样点的事情，我们首先想想为什么需要采样点：

答：由于CAN属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样，节点间使用约定好的波特率进行通讯，特别地，CAN还会使用“位同步”的方式来抗干扰、吸收误差，实现对总线电平信号进行正确的采样，确保通讯正常。为了实现位同步，CAN协议把每一个数据位的时序分解成4个段

1.位时序

由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为4段，分别为：
·同步段（SS：Synchronization Segment）
·传播时间段（PTS：Propagation Time Segment）
·相位缓冲段1（PBS1：Phase Buffer Segment 1）
·相位缓冲段2（PBS2：Phase Buffer Segment 2）
1位分为4个段，每个段又由若干个Tq构成，这些段又由可称为Time Quantum（以下称为Tq）的最小时间单位构成，如下图自己理解所示：

CAN波特率 = 1/位时间 或者：CAN波特率 = 1/nTQ，波特率指的是一个位bit的传输时间

1位由多少个Tq构成、每个段又由多少个Tq构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。
各段的作用和Tq数如下表所示：

1. 每个比特的位沿 (上升沿,下降沿)应位于1个时间量（TQ）的同步段内；
2. 同步段之后是传播段, 该部分必须足够大，以处理由延迟引起的所有相位偏移；
3. 两个相位段(PSEG1,PSEG2)应足够大，以覆盖所有位偏移和由SJW补偿的时钟偏移
4. 同步跳变宽度（SJW）：作为重新同步的结果，可以延长PSEG1或缩短PSEG2。相位缓冲器段的延长和缩短的量具有由同步跳变宽度给定的上限。

2.采样点

这一个章节非常的重要，如果理解不好这个下一章节的同步就无法理解，首先我们要明确：== 采样点一定是在PBS1与PBS2之间采样的== 这是Can控制器决定的，所以为了后面的同步，我们就要利用SJW(重新同步补偿宽度)随时改变PBS1与PBS2的相对TQ个数

采样点是接收节点判断信号逻辑的位置，采样点对CAN/CANFD总线来说极其重要，尤其是在组网的时候，网络中多个节点尽量保持同一个采样点，若网络中节点采样点不一致会导致同样的采样频率出现采样错误，进而会使整个网络出现故障。
所谓采样点是读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。位置在相位缓冲段1结束处。其计算公式为：Sample Point = (1+TSEG1) / (1+TSEG1+TSEG2)。

3. 同步

波特率只是约定了每个数据位的长度，数据同步还涉及到相位的细节，这个时候就需要用到数据位内的 SS、PTS、PBS1 及 PBS2段了。根据对段的应用方式差异，CAN的数据同步分为硬同步和重新同步。同步的目的都是使节点内的 SS段把跳变沿包含起来，其中硬同步只是当存在“帧起始信号”时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，而重新同步
方式可解决该问题，这两种方式具体介绍如下：

1.硬同步（通过平移SS段）
若某个 CAN节点通过总线发送数据时，它会发送一个表示通讯起始的信号，该信号是一个由高变低的下降沿。而挂载到 CAN总线上的通讯节点在不发送数据时，会时刻检测总线上的信号。可以看到当总线出现帧起始信号时，某节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的 SS 段范围，所以判断它自己的内部时序与总线不同步，因而这个状态的采样点采集得的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的 SS段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步，同步后采样点就可以采集得正确数据了。

2.重新同步（通过改变PBS1或PBS2的长度）
前面的硬同步只是当存在帧起始信号时才起作用，如果在一帧很长的数据内，节点信号与总线信号相位有偏移时，这种同步方式就无能为力了。因而需要引入重新同步方式，它利用普通数据位的高至低电平的跳变沿来同步(帧起始信号是特殊的跳变沿)。重新同步与硬同步方式相似的地方是它们都使用 SS段来进行检测。重新同步的方式分为超前和滞后两种情况，以总线跳变沿与 SS段的相对位置进行区分。
相位超前情况如图 ，节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前 2Tq，这时控制器在下一个位时序中的 PBS1 段增加 2Tq 的时间长度，使得节点与总线时序重新同步。

相位滞后情况如图，节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序比总线的时序相对滞后 2Tq，这时控制器在前一个位时序中的 PBS2段减少 2Tq的时间长度，获得同步

在重新同步的时候，PBS1和 PBS2 中增加或减少的这段时间长度被定义为“重新同步补偿宽度 SJW (reSynchronization Jump Width)”。一般来说 CAN控制器会限定 SJW 的最大值，如限定了最大 SJW=3Tq时，单次同步调整的时候不能增加或减少超过 3Tq 的时间长度，若有需要，控制器会通过多次小幅度调整来实现同步。当控制器设置的 SJW极限值较大时，可以吸收的误差加大，但通讯的速度会下降。

4.补充（不要求掌握）

1.传输延迟

在传统CAN里面，ISO 11898-5:2007规定了最大总线传输延迟是255ns，对于最高波特率为1Mbit/s来说，此时对应的位宽为1us/bit，按照极限情况下计算每位由8个Tq组成，则每个Tq为125ns，而总线最大传输延迟是255ns，则传播时间段设置2Tq（250ns）就可以吸收该延迟

但当使用CANFD总线时，假设波特率设为5Mbit/s时,则此时对应的位宽为200ns/bit,如果每位仍然由8个Tq组成计算，则25ns/Tq，而最大传输延迟是255ns，即相当于总线最大传输延迟为10Tq。原来的传播时间段（1~8Tq）显然无法覆盖，该如何解决这个问题？
1.增加传播时间段的Tq组成数量，但这样会导致位的Tq组成数量增加，反而会降低波特率；
2.测出传输的时延，然后进行补偿。

如果考虑总线的时延，则CANFD的数据段（高波特率）采样点相比于仲裁段（低波特率）的采样点会进行后移，具体如下图所示：

关键词：
·Transmitter delay (TD) 发送器延时
·Bit asymmetry 比特的不对称性
·Unstable RX signal due to ringing 由振铃引起的不稳定RX信号
·SP(sample point; not considering TDC) 采样点
·SSP(secondary SP; taking TDC into account)第二/辅助采样点
·TDC(transmitter delay compensation) 发送器延时补偿