CAN报文：位定时和位同步

1、什么是位同步

位同步（比特同步）是指为了将发送端发送的每一个比特都能够被接收端准确地接收，接收端时钟调整到和发送端时钟彻底相同。这就需要在准确的时刻（即在一个bit位的中间位置）对收到的电平根据事先约定好的规则进行判断，满足什么条件为1，满足什么条件为0。由于CAN通信采用异步串行的方式，没有时钟线，所以需要进行位同步。

2、帧同步

对于发送端发过来的比特流，我们仅仅通过位同步把每个位正确读出来是还不够，如下图所示，从位置1开始读数据的结果为0001111111，但是如果从位置2开始读数据的结果为0111111。不难看出，两者位信息读取的都是正确的，但作为一帧报文来看两者的信息差异很大。现实通信网络中数据都是以帧为单位进行传输的，帧与帧之间有明确的分界线。想要接收端正确的解析数据信息，就需要找到这个帧与帧的分界线，即帧界定符。也就是明确帧起始是在位置1还是在位置2，来完成帧同步。

综上，报文在收发两端要完成位同步和帧同步才能保证信息的正确传输。在明确的规则体系下，才能对位错误、格式错误以及帧的错误重传等问题进行判断与处理。

3、位组成

一个位时间tbit的组成包含下图4个部分，同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2，有8-25个时间份额。其中，

• 同步段(tSS)：1个时间份额，位传输从同步段开始。
• 传播段(tPS)：时长可编辑1-8时间份额，补偿报文在总线和节点上传输时所产生的时间延迟。
• 相位缓冲段1(tPBS1)：时长可编辑1-8时间份额，补偿节点间的晶振误差。
• 相位缓冲段2(tPBS2)：时长可编辑1-8时间份额，补偿节点间的晶振误差。
  

时间份额，也就是CAN时钟周期，简单理解就是节点振荡器晶振频率等特性决定的，不做展开。

4、采样点

采样点：用来在采样时刻读取的电平决定该位是“显性”还是“隐性”。由于总线物理层等特性的影响会存在干扰，为了使时钟误差和总线延迟达到相对平衡，合适的采样点对于报文的正确传输至关重要。

5、同步规则

CAN同步包括硬同步和重同步两种同步方式。
同步规则:

1. 一个位时间内只允许一种同步方式。
2. 任何一个"隐性"到"显性"的跳变都可用于同步（下降沿）。
3. 硬同步发生在帧起始(SOF)，接收节点调整当前位的同步段,使其位于发送的SOF内。
4. 重同步发生在一个帧的其他位场，当跳变沿在同步段之外。
5. 在SOF到仲裁场有多个节点同时发送的情况下，发送节点对跳变沿不进行重同步。

6、硬同步

硬同步发生在SOF位，所有接收节点调整各自当前位的同步段，调整宽度不限。如下图，当发送节点发出SOF位，SOF位下降沿在SS段；接收节点发现自身SS段和发送节点的SOF位的SS段不同步；此时接收节点强行将自身SS段和发送节点的SOF位的SS段同步。

怎么理解呢？硬同步，硬就是强硬，接收节点不论是提前接收还是滞后接收，都强硬的将他的帧起始SOF位的SS段拉到与发送节点的SS段一致，来保证报文的帧同步。就像两个相同人数的队伍一样，A队伍（Tx）站定之后，B队伍（Rx）不管怎么都向A队伍看齐一一对应，而不减少人员。

7、重同步

利用隐性位到显性位的边沿进行重同步，重同步发生在一个报文SOF位之外的其他场位内，重同步会导致相位缓冲段1的延长或相位缓冲段2的缩短，从而保证采样点的准确。

重同步有两种情况，一种是发送节点发的晚，接收节点收的早，会导致PBS１延长，如下图所示。

另一种情况是发送节点发的早，接收节点收的晚，会导致PBS2缩短，如下图所示。

怎么理解呢？重同步，重就是重新，接收节点不论是提前接收还是滞后接收，都重新调整自己的相位缓冲段来与发送节点在下一bit位保持位同步。

这里有一个概念，同步跳转宽度SJW：表示的是PBS1和PBS2重同步时允许跳转的最大宽度。
必须满足以下条件：

• SJW必须小于PBS1和PBS2的最小值
• SJW最大值不能超过4

下面给出了DBC的配置示例。

8、测试实例

讲了上面这些重同步、硬同步的理论知识，对于我们在测试中有什么帮助呢？是不是感觉实际测试中也用不到这些东西呢？其实在我们的测试过程中是会用到的，暂且不提CAN物理层相关参数的测试会涉及，我们在应用层测试控制器相关功能时也会用到。下面展示一个测试实例。
背景：通过板卡仿真传感器信号，一共有6路。测试时其中两路仿真信号后，控制器能够正确识别并处理，另外4路确没有反应。
分析：是否是板卡故障导致？或者测试环境物理层线路接触不良导致？
验证：

1. 替换板卡现象仍然一致，说明非板卡故障；
2. 检查物理线路通断情况，6个通道都正常导通；
3. 将正常通信的通道与通信故障的通道PIN脚线路互换，两个均不通信，至此就排除了物理线路问题。
4. 此时我们应该注意到是否有干扰的存在，导致通信质量变差。这是将测试软件中的采样点进行增大或缩小，现象是故障通道部分会变好，原本正常的通道反而会出故障。
5. 接下来就是去如何排除干扰的问题了。

通过上述例子就可以看出，在了解报文传输的位时间、采样点等知识背景下，对于分析通信故障产生的原因是具有一定促进作用的。