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汽车的CAN总线大致可以分为三大类，分别是：单线CAN（GM专用的低速CAN）、高速CAN（通信速率高）以及低速容错CAN（通信速率较低但容错性能好）。本文所要讲述的是低速容错CAN。在传统的分布式架构中，车身舒适CAN节点对总线通信速率没有过高要求，但为了适应车型高中低配的变化，其节点数量和组合及在车中的布置更为多样，这就更多的引入了出现故障的因素，使得低速CAN在车身舒适网段得到了广泛的应用。 为了更好的了解低速容错CAN，首先要从它的协议讲起。低速容错CAN最早被定义在ISO11519协议中，后续因为符合11898-3协议标准的样件也完全符合ISO11519-2协议的要求，同时因为11898协议应用的范围更全更广，所以在2006年ISO11519-2协议彻底的被11898-3协议所替代。ISO11898-3定义了低速容错CAN的物理层、低速容错CAN的工作机制以及容错机制的实现。 低速容错 CAN 的物理层： 与高速CAN一样，低速容错CAN也使用了差分双绞线进行传输，有CAN_H、CAN_L两线，并且在严格的工业应用场合与高速CAN一样要求使用专用的屏蔽双绞线并加必要的防护电路。 在差分电压的变化上低速容错CAN在显隐性跳转的时候CANH和CANL电压的变化是比高速CAN要大的，这意味着低速容错CAN有着更高的抗干扰性。 11898-3定义了低速容错CAN在隐性状态时，CANH为0V、CANL为5V。而当低速容错CAN要发送显性位时，CANL会跳转到1V、CANH会跳转到4V，这个时候单一条总线的电压变化为4V，而且差分电压大概也为4V(如图1)，而高速CAN的差分电压为2V(如图2)，同时CANH与CANL从隐性跳转到显性的时候电压的变化仅有1V，这也意味着高速容错CAN的容错性能是不如低速容错CAN的。 图1:低速容错CAN总线电压 图2:高速CAN总线电压 在低速容错CAN的物理层中，11898-3还定义了它的终端电阻是直接端接在支线上的，电阻接线如图3所示。这样做的好处是在容错机制处理部分断路故障时，哪怕会出现单线通信的情况，也会有终端电阻的存在去匹配阻抗以及减小反射（如图4所示），这样便不会因为断开CANH或CANL的单线而对样件的通信传输造成影响。 图3:终端电阻接线图 图4:容错CAN单线工作时总线拓扑图 协议中容错机制的定义 11898-3分别定义了电源故障和总线故障两种类型，而容错机制主要是对总线故障进行处理。为了应对不同的总线故障，11898-3定义了低速容错CAN需要有三种不同的收发器工作方式：差分驱动和接收、CANH单线通信、CANL单线通信，三种工作方式对应的故障检测机制分别为状态0：正常工作状态、状态E1:CAN_L故障检测、状态E2：CAN_H故障检测。11898-3定义的几种故障检测机制的故障处理流程图如下。 图5：故障处理流程图 TJA1054 实现的容错机制 通过之前的介绍，我们对低速容错CAN的物理层有了较为全面的了解，现在我们便从物理环境的实现上来讲解低速容错CAN的容错机制。在这我需要为大家介绍一款适用于低速容错CAN的收发器芯片-TJA1054。首先是这款芯片的物理环境，其结构图和引脚定义如下图所示，TJA1054在CANH及CANL两端的电阻设计满足了ISO11898-3需求，同时TJA1054设计有门槛电压，能较好的实现低速容错CAN所需求的容错机制。 图6：TJA1054芯片结构图 图7：TJA1054芯片引脚定义图 TJA105 的功能描述 TJA1054是控制器局域网 CAN 中协议控制器和 CAN 物理总线之间的接口，它主要用于客车里最高 125KBps的低速应用，这个器件对 CAN 总线提供差动发送能力，对CAN 控制器提供差动接收能力。在正常操作模式时（没有线路故障），差动接收器在管脚 RXD 输出（见图 1）。差动接收器输入通过集成的滤波器连接到管脚CANH和CANL 波器输入信号也可以用于单线接收器。接收器连接到有门槛电压（差动接收器的门槛电压为-3.2V）的管脚CANH和CANL确保在单线模式里有最大的噪音容限。 同时定时器功能（TxD 显性超时功能）已在器件中集成，它可以防止由于硬件或软件程序故障，将管脚 TXD 持续地拉成低电平，使总线线路进入持续的显性状态（这种状态会阻塞整个网络的通讯）。 如果引脚 TXD 的低电平持续并超过某个时间后，发送器会被禁用，定时器会用 TXD 引脚上的高电平复位。而低速容错CAN的容错机制则是通过故障检测器监测总线电平，在监测到其中一条总线故障后，监测器便会切换到相应的模式，模式图如下表所示。这便满足了ISO11898-3中定义的正常工作模式下的三种故障检测机制。下图便是TJA1054在不同错误状态下的接收器模式列表。 图8：TJA1054在不同错误状态下的接收器模式 对于上表中出现的三种接收器模式，我将使用表格的形式为大家进行介绍。首先是差动模式，因为TJA1054设定了差动接收器门槛电压为-3.2V，这确保了当出现下表中故障1、2、5、6a时，虽然CANH和CANL的电压会因为以上四种故障有改变，但最终差分电压Vdiff都能在隐性时小于-3.2V显性时大于-3.2V，所以不需要进行调整便能继续通信。 当出现了下表中故障4、6、7三种故障时，差分模式已无法满足总线的正常通信。TJA1054会断开CANL，则CANL会保持Vcc的电压不变，一直为5V。此时差分电压Vdiff能满足在隐性时小于-3.2V显性时大于-3.2V，实现对故障4、6、7三种故障的容错。 当出现CANH单线通信模式也无法解决的故障时，如下表故障3和3a，TJA1054会先断开CANL尝试用CANH单线通信来保持通信，但故障3和3a在此时的差分电压会一直大于-3.2V，使总线长时间处于显性状态。所以这时TJA1054会尝试保持CANL通信不变，断开CANH。此时CANH上电平始终为0V，差分电压Vdiff在总线为隐性时为-5V（小于-3.2V），显性时为-1.5V（大于-3.2），符合规范规定及使用需求，所以低速容错CAN在发生故障3和故障3a时正常通信。 总结 当前，低速容错CAN由于其通信速率的限制，其在车载领域的应用更少了，本文所介绍的低速容错CAN的物理层、容错机制以及容错机制在芯片中的实现原理，希望可以加深大家对CAN通信原理的理解。 北汇信息专注于汽车电子网络通信、诊断刷写、逻辑功能测试开发服务，期待进一步沟通交流、共享合作的机会。 图片来源： 图1：源自于ISO11898-3（2006）第9页figure6 图2：源自于ISO11898-2（2016）第5页figure3 图3：源自于ISO11898-3（2006）第5页figure3 图4：源自于网图，11898-3（2006）第19页figure11移除CANH或CANL后可以得到这个简图 图5：源自于ISO11898-3（2006）第22页figure12 图7：源自于TJA1054应用指南第3页 图8：源自于TJA1054应用指南第3页 图9：源自于TJA1054应用指南第4页简化后 参考文档： ISO11898-2(2016)、ISO11898-3(2006)、TJA1054应用指南

汽车电子的容错处理 随着新能源汽车的逐步上路，车上EMC状况将是一个巨大挑战。软硬件方面都应采取一定的措施提高系统容错性能。下面是笔者的一些经验整理，希望能起到抛砖引玉之作用。   在实验室验证原型的时候，通常地我们只关注功能。当从原型转向产品时，我们需要更多地考虑稳定性——在极端情况下，我们可以允许车不动，但是绝不允许车乱动。 容错的定义 如果一个系统在存在故障的情况下仍然能够正确运行，那么这个系统就是容错的。 这里“正确运行”，最低要求就是系统仍然可控。当然，在某些情况下可能会导致系统性能下降——有时候这并不算是错误，而是事前控制的一种策略。   故障基本类型与检测 1)            永久性故障： 比如 MOS 管被击穿、继电器烧结等物理损坏。这一类故障通常可以在系统启动过程中被检测出来，而一旦在常规过程中发生就往往会造成系统严重错误甚至事故。检测方法常见为增加硬件回检功能，便于处理器尽早地做出动作抑制错误。 2)            间歇性故障： 常见的线束接触不良导致在振动过程中信号频繁跳变。这一类故障可以说是最为令人烦恼的。大多数情况下系统不应该随着间歇性故障频繁地切换状态，那么这就要求检测机制具有“消抖”特性。 3)            瞬时故障： 比如 ADC 在继电器动作期间采样，电源的波动导致采样偏移。这一类故障通常可以通过添加“限幅”环节进行检测。并且在大多数系统中，由于系统固有的时间常数较大，这些瞬时故障造成的瞬时错误尚未充分体现出来就已经被抑制。   容错的基本思想 1)          容错技术的实现，最基本的就是“冗余思想”，包括： 2)          硬件冗余，例如卫星上的双机备份系统。 3)          时间冗余，“消抖”处理也可以认为是一种时间冗余措施。 4)          信息冗余，例如将系统状态变量保存到多个不同的 RAM 地址，并在使用前先进行数据对比、筛选。 5)          程序冗余，例如在 ROM 中放置一套备用程序。当引导模块检测到主程序异常时就尝试切换至备用程序。   容错技术 1)          数据校验： 如同 RAM 存储器中常见的奇偶检验、 ECC 校验技术一样，我们也可以在软件中对关键变量生成相应的校验码（甚至是纠错码）。每次对关键变量的访问都需要处理校验码，虽然增加了 CPU 负担，但是可以获得很好的系统稳定性。 2)          多样本比较：通过不同的通道（途径）采集同一数据，并比较这些数据的一致性。 3)          多版本仲裁：通过不同的算法或者模块去计算同一输出，并比较这些输出的一致性。 4)          过程监控：适用于那些具有相对固定控制流的系统。该方法类似于“令牌”法则，前一个控制节点向后传递“令牌”，后一个控制节点收到正确的“令牌”后才能执行动作。 5)          周期自检：也就是系统周期性的停机挂起，然后检查错误，并恢复运行。 6)          错误捕获：通过硬件或者软件，在那些看似不可能出现错误的地方（逻辑不可达到）放置监控模块。以便当这些错误发生时可以向上报告异常，并尝试恢复正常的时序。   =========================== NO MORE =================================  

　　阅读电子工程专辑网站的邮件新闻，《 施工意外挖断2根光缆 微信宕机危机叩问 》， 　　7月22日，微信宕机.....，第一段内容就引起关注。 　　一看到“微信宕机”，立刻反映：这是必然会发生的！尤其是时下重利润、轻品质普遍意识和行为，愈演愈烈。 　　从质量保证角度看，关键是事前受控？还是事后挽控？论“钱”，就是先投资？还是后补偿（赔偿）？ 　　其实，都是增加了成本，最终都是消费者买单。 　　这看似偶然的一件事，就质量保证而言，太多令人联想了......电子产业及信息化何去何从？ 　　首先，联想到的是Internet的起源，我查阅了《羊城晚报》1995年12月10日星期日第十版，题为“Inernet走进中国”，文中写道Inernet的起源，如下图，红色圈内容。 　　试想，微信系统是不是也要建立容错系统？如果是，消费者是不是会接受提高售价？ 　　自然，联想到如今互联网商业化了，当然经济利益最大化为第一，至于安全，就得过且过吧。 　　其实，容错系统，消费者日常都会接触到而使用了，当然售价高也必须接受，就是银行。 　　很多年来，聊天，话题到存钱取钱，对方往往会问：怎么手续费什么的都回贵了？ 　　我的简要回答就是，现在电子化了，金融设备不是一台就够了，同时而且异地还要有至少２台，就是保证系统不能瘫痪。 　　噢．．．哦．．．Ｏ．．． 　　再联想如今的质量保证意识和行为，前面提到了是之前还是事后？ 　　普遍是后者，用最低成本制造产品，然后销售给承诺——包换、保修（甚至终身，你信吗？），接着是所谓４Ｓ专业修理——都是打包大换，费用昂贵，你不想修吗？紧接着推出更新换代——不如在买个多功能智能化的最新款吧！（殊不知年年都在更新换代）。 　　再想想，微信宕机了？INternet没有啊，还能用别的啊？不行啊！如今网络服务产品制造和供应商都最大程度地把客户端给绑住，所以现在插件泛滥。其实，这也是一举两得的企业利益最大化，一是，消费者必须用；二是调用了消费者电脑资源。 　　。。。。。。