CAN总线的缺陷_原创文档.pdf

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CAN总线由博世公司于1987年开发，1993年成为标准，在近

23年的时间里获得了巨大的成功，逐渐替代了其它相近的总线，2001

年的节点采用量已超过1亿。但是，曾经力推CAN总线的厂商，如

宝马、博世、飞利浦等，目前都开始支持新的总线。对于推动新总线

研究的原因，X-By-Wire的发展是一方面，但从根本上讲，消费者的

安全需求才是最重要的原因。根据新闻报道：在CAN的发源地德国，

2005年汽车抛锚事故中有35%是电子装置引起的。因此，电子控制

系统及其通信系统的可靠性是一个敏感的问题，即使没有采用

X-By-Wire，仍然使用常规的液压气动机构，也需要一种更为可靠的

新总线来代替CAN。

车内通信有两个最基本的要求：一是数据内容正确；二是通信

及时，序列一致。对这两点，CAN总线中均有所设计，但仍存在着

不一致性、不可预测性、信道出错堵塞等漏洞。

1)不一致性

CAN总线中有一个著名的Last-But-One-Bit错误。CAN总线

2.0A在信息认证(MessageValidation)中规定：发送器验错的范围可

覆盖到帧结束，如果发现错误，以后就按优先权和状态的规定重发；

接收器验错的范围覆盖到帧结束的前一位。因此，如果由于空间干扰、

电源波动等原因，对于帧的倒数第二位，一部分节点A认为无错，

一部分节点B认为有错，即出现了所谓的Byzantine错误。这时，根

据EOF应该是7个隐性位，节点B认为这是一种形式错误，所以就

会启动错误帧，通知发送器重发，同时丢弃收到的帧。而认为没错的

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节点A由于只查到倒数第二位，因此就会接收此帧。如果在发送器

例行的下一次发送前B通知的重发成功，A就会收到重复帧；如果重

发不成功，B就丢了一帧。在转向和制动系统中，4个轮子对命令的

不同理解，可能造成性能的下降或其他更严重的后果。

2)不可预测性

CAN总线将节点状态分为ErrorActive、ErrorPassive和BusOff

三种，这三种状态在一定条件下可以互相转换。不同状态中节点的发

送有不同的延迟。最高优先权的信息发送延迟有几种可能：当节点状

态为ErrorActive时，若总线空闲，则立即发送；当节点状态为Error

Active时，如果其它帧正在发送，则需等正在发送的报文结束后，再

过3位后发送；当节点状态为ErrorPassive时，它有一个出错重发

的要求，若没有其它帧要发送，等3位传送(Intermission)和8位挂

起传送(SuspendTransmission)后重发；当节点状态为ErrorPassive

时，若总线空闲，出错后等别的信息发送完后再发，等待时间与其它

帧的长度有关；当节点状态为BusOff时，需等状态恢复到Error

Passive或ErrorActive再发。

当确认某节点的状态时，还有几个因素需要考虑：首先，节点由

最高优先权的信息和其他信息共用，因此，其他信息在传送过程中出

现的错误也会影响到节点状态；其次，进入ErrorPassive或BusOff

状态的条件是发送错误计数器与/或接收错误计数器的值，由于CAN

的原子广播特点，其它节点的发送错误或接收错误会开启一个错误帧，

从而影响到该节点的接收错误计数器的值，进而影响节点状态。

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对于优先权较低的信息来说，发送时间的离散程度更大。在反馈控制

系统中，采样调节周期的大范围抖动相当于信号延迟后的变化，它有

可能使系统性能下降或不稳定。在与安全相关的开环系统中，抖动可