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CAN總線位定時(shí)參數(shù)的確定
摘要：CAN通信中，波特率、位周期內(nèi)取樣點(diǎn)數(shù)和位置可以編程設(shè)置，這些設(shè)置為用戶根據(jù)其應(yīng)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(shù)，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(dāng)?shù)腻e(cuò)誤檢測(cè)。本文說(shuō)明位定時(shí)參數(shù)的確定方法。引言
CAN總線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總線具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，支持差分收發(fā)，適合高噪聲環(huán)境，具有較遠(yuǎn)的傳輸距離，并且Philips和Intel等半導(dǎo)體公司都有支持CAN通信協(xié)議的集成器件。CAN總線已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
在CAN通信協(xié)議中規(guī)定，通信波特率、每個(gè)位周期的取樣位置和個(gè)數(shù)，都可以自行設(shè)定。這樣的設(shè)計(jì)理念，為用戶在自己的應(yīng)用中，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通訊性能提供了空間。為了通過(guò)設(shè)定位定時(shí)參數(shù)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信性能，必須清楚位定時(shí)參數(shù)與參考時(shí)鐘誤差和系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)延遲的關(guān)系。如果位周期內(nèi)的取樣位置偏后，將能夠容忍較大的信號(hào)傳輸延遲，相應(yīng)的，總線傳輸距離可以延長(zhǎng)；而如果周期內(nèi)的取樣位置接近中間，則可以容忍系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)間的參考時(shí)鐘誤差。但這顯然是矛盾的，為了協(xié)調(diào)這種矛盾，必須對(duì)位定時(shí)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化位置。
圖1 位周期結(jié)構(gòu)圖
通過(guò)對(duì)CAN總線位定時(shí)參數(shù)進(jìn)行研究，找到矛盾的關(guān)鍵所在，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化，從而提高通信系統(tǒng)的整體性能。下面以Philips公司的獨(dú)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(nèi)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的數(shù)量，一般取單位時(shí)間為1s。波特率由通信線上傳輸?shù)囊粋�(gè)數(shù)據(jù)位周期的長(zhǎng)度（Tbit）決定，如下式所示。
Fbit=1/Tbit （1）
根據(jù)Philips公司的獨(dú)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(tǒng)時(shí)鐘周期（TSCL）。具體到SJA1000，TSCL由總線時(shí)序寄存器的值來(lái)確定。SJA1000有2個(gè)總線時(shí)序寄存器，即總線時(shí)序寄存器0（BTR0）和總線時(shí)序寄存器1（BTR1）。這2個(gè)寄存器有自己不同的功能定義，共同作用決定總線的通信波特率。
總線時(shí)序寄存器0 定義波特率預(yù)設(shè)值BRP（共6位，取值區(qū)間[1,64]和同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW（共2位，取值區(qū)間[1,4]）的值。位功能說(shuō)明如表1所列。
表1
CAN的系統(tǒng)時(shí)鐘周期TSCL，可以由BRP的數(shù)值為決定，計(jì)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(bǔ)償不同總線控制器的時(shí)鐘振蕩器之間的相位偏移，任何總線控制器必須在當(dāng)前傳送的相關(guān)信號(hào)邊沿重新同步。同步跳轉(zhuǎn)寬度定義了每一位周期可以被重新同步縮短或延長(zhǎng)的時(shí)鐘周期的最大數(shù)目。
tSJW=TSCL×（2×SJW.1 1×SJW.0 1） （5）
總線時(shí)序寄存器1 定義每個(gè)位周期長(zhǎng)度采樣點(diǎn)的位置和在每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣數(shù)目。位功能說(shuō)明如表2所列，其中SAM意義見(jiàn)表3。
表2
表3
位值功 能SAM0三倍：總線采樣三次：建議在中/低速總線（A和B級(jí)）使用，有處于過(guò)濾總線上毛刺1單倍：總線采樣一次；建議使用在高速總線上（SAEC級(jí)）TSEG1（共4位，取值區(qū)間[1,16]）和TSEG2（共3位，取值區(qū)間[1,8]）決定了每一位時(shí)鐘數(shù)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(biāo)量值（NBT）定義為，SYNC_SEG（同步段系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)）、TSEG1（相位緩沖段1系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)）、TSEG2（相位緩沖段2系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)）之和。這決定了它的取值區(qū)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(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2 參考時(shí)鐘誤差
在系統(tǒng)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己獨(dú)立的參考時(shí)鐘。由于制造工藝、運(yùn)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(yù)期的頻率值。我們稱這種偏差為參考時(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(yīng)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期也會(huì)有誤差。TSCL,min表示系統(tǒng)時(shí)鐘周期最小值，TSCL,max表示系統(tǒng)時(shí)鐘周期最大值，TSCL,rat表示系統(tǒng)時(shí)鐘周期額定值。由于Δf
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