CAN-bus網絡中，出現具有相同ID段的兩個節點會發生什么？

實驗前，我們首先要對CAN報文的結構組成、仲裁原理有清晰的認識。

目前使用最廣泛的CAN-bus網絡標準是V2.0版本，該標準又分為A、B兩部分，它們主要的區別在仲裁區域的ID碼長度。其中CAN2.0A（標準幀）為11位ID，CAN2.0B（擴展幀）為29位ID。下表1為CAN報文結構：

表1 CAN報文結構

CAN總線的仲裁是基于“線與原理”，如圖1所示。當個收發器同時發出不同電平信號時，隱性電平總是被顯性電平覆蓋。CAN控制器在發送報文的同時會監聽總線狀態與自己發送的電平是否一致，如果不一致發生在ID段則會發生仲裁，如果發生在其他區域則會觸發相應錯誤。

圖1 線“與”示意圖

下面進入重點，如果兩個節點ID段相同會怎樣？我們用兩個CAN卡 和一臺CANScope開始實驗，CAN卡模擬CAN標準節點收發報文，CANScope做通信監控，如圖2所示。（注：CAN卡為USB轉CAN工具，CANScope為CAN總線分析儀，產品詳見致遠電子官網）

圖2 實驗平臺搭建

使用一個CAN卡發送ID為000H數據為01020304050607H的CAN幀，使用另一個CAN卡發送ID為000H數據為02020304050607H的CAN幀。CANScope監聽的數據如圖3所示，可以觀察到有大量的數據場填充錯誤。

圖3 數據場填充錯誤

為什么會這樣呢？我們首先分別獲取兩個CAN卡發送報文對應的波形，如圖4。因為兩針報文同為標準數據幀，且每幀包含8個字節數據，所以兩幀報文對應的波形在ID段、RTR、IDE、R0以及DLC段完全一致。因此，仲裁作用失效，兩節點都認為自己獲得了優先權，繼續發送數據。

圖4 報文對應波形對比

現在我們聚焦數據段，第一個字節數據相同，均為為00H；第二個字節數據不同，分別為01H、02H。圖5箭頭標示處可以看到兩者對應位的邏輯分別為0和1。前面我們提到CAN節點在發送報文的同時會檢測總線電平是否與自己發送的電平一致，若不一致發生在非仲裁區域則觸發相應錯誤，因此若這兩幀報文同時發送到總線上必將發生位發送錯誤。因為位發送錯誤會引起節點發送違反填充規則的6個顯性位（主動錯誤破壞該幀數據），故出現數據場填充錯誤，如圖3。

圖5 數據場沖突

同時使用兩個CAN卡發送ID為000H數據為01020304050607H的CAN幀，CANScope做通信監控。首先，我們不勾選“總線應答”選項，使CANScope工作在僅監聽模式。實驗結果如圖6所示，出現的是應答定界符格式錯誤。

圖6 應答界定符格式錯誤

為什么會發生這種錯誤呢？發送報文的節點會在ACK段發送兩個隱性位，若在第一個位期間接收到顯性電平則認為該幀被正確接收。由于仲裁段相同時兩節點都認為自己取得仲裁權，在ACK段等待應答，但該網絡中僅存在兩個節點，因此在ACK段不能收到應答，進而發生應答定界符錯誤。簡單說來這種情形就類似于總線中只有一個節點將不能實現數據發送。圖7是在ACK段有無應答時的波形對比。

圖7 ACK應答

我們勾選上總線應答，再次開始實驗（此時總線中相當于有3個節點）。這時如圖8所示，總線數據收發正常。

圖8 啟動總線應答

當兩節點同時發送ID相同數據不同的報文時，將發生數據場填充錯誤；當兩節點同時發送ID相同數據也相同的報文時，若有其他節點應答則不發生錯誤，若無其他節點應答則發生應答錯誤。因此，我們在設計CAN總線時應避免ID段相同的情況出現。