CAN的协议层

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信，特别的，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。

这个“位同步”很重要，后面会讲

位时序分解

为了实现位同步，CAN协议把每一个数据位的时序分解成如图CAN位时序分解图所示的

SS段，PTS段，PBS1段，PBS2段，这四段的长度加起来即为一个CAN数据位的长度，分解后最小的时间单位是Tq，而一个完整的位是由8~25个Tq组成的。

我们这个高低电平就直接当成逻辑0和1吧，

我们这个图中的CAN通讯信号每一个数据位的长度为19Tq，其中SS段是1Tq，PTS段是6Tq，PBS1段是5Tq，PBS2段是7Tq。

信号的采样点位于PBS1段和PBS2段之间，通过控制各段的长度，可以对采样点的位置进行偏移。以便于更准确的采样。

各段的作用如介绍下：

（1）SS段（SYNC SEG）

SS段译为同步段，若通讯节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在SS段的范围之内，则表示我们节点和总线的时序是同步的，当节点与总线同步时，我们采样点采集到的总线电平即可被确定为该位的电平。SS段的大小固定为1Tq。

（2）PTS段（PROP SEG）

PTS译为传播时间段，这个时间段是用于补偿网络的物理延时时间。是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。PTS段的大小可以为1~8Tq。

（3）PBS1段（PHASE SEG1）

PBS1译为相位缓冲段，主要用来补偿边沿阶段的误差，它的时间长度在重新同步的时候可以加长

PBS1的初始大小可以为1~8Tq。

（4）PBS2段（PHASE SEG2）

PBS2这是另一个相位缓冲段，也是用来补偿边沿阶段误差的，它的时间长度在重新同步的时候可以缩短。PBS2段的初始大小可以为2~8Tq。

通讯的波特率

总线上的各个通讯节点只要约定好1个Tq的时间长度以及每一个数据位占据多少个Tq，就可以确定CAN通讯的波特率。

例如我们上面1Tq = 1us，而每个数据位由19个Tq组成，则传输一位数据需要时间T = 19us，

我们每秒可以传输的数据位个数就是：

1*10^6 us /19 =52631.6（bps）

这就是它的波特率。

同步过程分析

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。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

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（帧起始信号），该信号是一个由高到低的下降沿。而挂载在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。

看上面这个硬同步过程图，我们可以看到当总线上出现帧起始信号的时候，我们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，所以我们判断到它自己的内部时序与总线不同步，因此我们这个采样到的数据是不正确的。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地正确数据了。

（2）重新同步

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，节点信号和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），它和硬同步相似的地方都是使用SS段来检测，同步的目的都是使节点内的SS段把跳变沿包含出来。

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。第一种相位超前的情况就如下图所示，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，这时候我们控制器在下一个位时序中的PBS1段增加2Tq的时间长度

第二种相位滞后的情况如图相位滞后时的重新同步，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，这时候我们的控制器在前一个时序中的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”。一般CAN控制器会限定SJW的最大值，如限定了最大SJW=3Tq时，单次的调整不能增加或者减少3Tq的时间长度。要是有需要，我们控制器可以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。