CAN匯流排的侷限

can匯流排的侷限

can匯流排由博世公司於2023年開發，2023年成為標準，在近23年的時間裡獲得了巨大的成功，逐漸替代了其它相近的匯流排，2023年的節點採用量已超過1億。但是，曾經力推can匯流排的廠商，如寶馬、博世、飛利浦等，目前都開始支援新的匯流排。對於推動新匯流排研究的原因，x-by-wire的發展是一方面，但從根本上講，消費者的安全需求才是最重要的原因。根據新聞報道：在 can的發源地德國，2023年汽車拋錨事故中有35％是電子裝置引起的。因此，電子控制系統及其通訊系統的可靠性是乙個敏感的問題，即使沒有採用x-by-wire，仍然使用常規的液壓氣動機構，也需要一種更為可靠的新匯流排來代替can。車內通訊有兩個最基本的要求：一是資料內容正確；二是通訊及時，序列一致。對這兩點，can匯流排中均有所設計，但仍存在著不一致性、不可**性、通道出錯堵塞等漏洞。

不一致性

can匯流排中有乙個著名的last-but-one-bit錯誤。can匯流排2.0a在資訊認證(message validation)中規定：傳送器驗錯的範圍可覆蓋到幀結束，如果發現錯誤，以後就按優先權和狀態的規定重發；接收器驗錯的範圍覆蓋到幀結束的前一位。因此，如果由於空間干擾、電源波動等原因，對於幀的倒數第二位，一部分節點a認為無錯，一部分節點b 認為有錯，即出現了所謂的byzantine錯誤。這時，根據eof應該是7個

隱性位，節點b認為這是一種形式錯誤，所以就會啟動錯誤幀，通知傳送器重發，同時丟棄收到的幀。而認為沒錯的節點a由於只查到倒數第二位，因此就會接收此幀。如果在傳送器例行的下一次傳送前b通知的重發成功，a就會收到重複幀；如果重發不成功，b就丟了一幀。在轉向和制動系統中，4個輪子對命令的不同理解，可能造成效能的下降或其他更嚴重的後果。

不可**性

can匯流排將節點狀態分為error active、error passive和bus of三種，這三種狀態在一定條件下可以互相轉換。不同狀態中節點的傳送有不同的延遲。最高優先權的資訊傳送延遲有幾種可能：當節點狀態為error active時，若匯流排空閒，則立即傳送；當節點狀態為error active時，如果其它幀正在傳送，則需等正在傳送的報文結束後，再過3位後傳送；當節點狀態為error passive時，它有乙個出錯重發的要求，若沒有其它幀要傳送，等3位傳送(intermission)和8位掛起傳送(suspend transmission)後重發；當節點狀態為erorpassive時，若匯流排空閒，出錯後等別的資訊傳送完後再發，等待時間與其它幀的長度有關；當節點狀態為bus of時，需等狀態恢復到eror passive或eror active再發。

當確認某節點的狀態時，還有幾個因素需要考慮：首先，節點由最高優先權的資訊和其他資訊共用，因此，其他資訊在傳送過程中出現的錯誤也會影響到節點狀態；其次，進入error passive或bus off狀態的條件是傳送錯誤計數器與/或接收錯誤計數器的值，由於can的原子廣播特點，其它節點的傳送錯誤或接收錯誤會開啟乙個錯誤幀，從而影響到該節點的接收錯誤計數器的值，進而影響節點狀態。

對於優先權較低的資訊來說，傳送時間的離散程度更大。在反饋控制系統中，取樣調節週期的大範圍抖動相當於訊號延遲後的變化，它有可能使系統效能下降或不穩定。在與安全相關的開環系統中，抖動可能造成動作順序的混亂。

通道出錯堵塞

節點有可能受干擾或其它原因暫時或永久失效，出錯的主機會命令can收發器不斷傳送訊息，即所謂的babbling idiot錯誤。由於該資訊的格式等均合法，因此can沒有相應的機制來處理這種情況。根據can 的優先權機制，比它優先權低的資訊就被暫時或永久堵塞。

由於can匯流排存在上述幾種根本的缺陷，因此，在更為嚴格的控制系統中，它將會造成巨大的風險，無法滿足安全、環保、節能的要求。

can的事件觸發協議特點限制了ecu 的應用、開發與生產，不僅用過的ecu難於重用，而且還不利於改善和開發新的ecu。

乙個成功的can應用僅在一定的條件下是有效的，簇內所有資訊的優先權配置、波特率、通訊負荷(所有資訊的出現頻率和長度)都較為固定，任何乙個引數的改變都會使通訊的時域分布改變。因此，當需要改變車型時，如果新增了新的功能，或是修改了閉環控制方案，ecu的所有基本功能就必須重新驗證，這使工作量大大增加，延遲了新車型的上市時間。同樣，對於提供零部件的廠商，同一ecu在不同汽車廠商的汽車上應用時，可能不得不對某些引數進行修改，這需要進行重新的驗證和認證，增加了管理的複雜性，也增加了成本。

在事件觸發通訊系統中，所有的應用都因優先權規則而深深地耦合在一起。這一特點使得由不同的工作組對個別應用同時進行設計、測試和認證的工作無法實現，這一點對期望成為質量與技術進步的汽車廠商來說是難以容忍的。

另外，對can的各種改進都難以實現向下的相容性。自can匯流排問世以來，隨著對can侷限陛的認識不斷加深，業界提出了各種改進方案，這些方案採用標準的晶元，在底層協議上新增新的規定，使其具有分時通訊的功能。如ttcan、ftt_can(flexibly time-triggered can)、servercan、tcan(timely can) flexcan/safecan 等。其ttcan正在成為業界標準iso11898-4。但是，這些改進都要對原有的can協議進行修改，例如出錯時不立即重發，要將事件觸發的應用程式改為時間觸發的應用程式等。這些改動都是新協議必備而老協議不具備的，因此，原有的帶can通訊協議的ecu如果想要在新系統中應用，也就必須進行修改。

can匯流排的另乙個侷限因素是傳送波特率，十多年前確定的1m波特率由於應用的飛速增加而變成瓶頸。從低速can匯流排、高速can匯流排，以致將來不得不配置第二條高速can匯流排，雖然這或許可以緩解速率問題，但從全域性看，匯流排數量的增加使佈線、閘道器、系統複雜性都隨之增加。從技術角度上看，重新設計can收發器，提高傳送波特率是有一定可能的，但從技術經濟角度上看，無法與現有產品相相容就使這種區域性改進失去了意義。

CAN匯流排的侷限

can匯流排學習（一）初識can匯流排

初學CAN匯流排

can匯流排配置

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