CAN總線作為異步通信方式，收發(fā)雙方節(jié)點需約定相同的波特率進行通訊，但由于各種因素影響，接收方的數據總會有誤差，當誤差過大時，整個通訊網絡將不能正常通訊。那么，該如何保障CAN節(jié)點之間通信同步呢？

CAN同步機制

1、CAN時鐘

首先了解一下CAN總線系統中的兩個時鐘：晶振時鐘周期和CAN時鐘周期。

晶振時鐘周期：是由單片機振蕩器的晶振頻率決定的，指的是振蕩器每振蕩一次所消耗的時間長度，也是整個系統中最小的時間單位。

CAN時鐘周期：CAN時鐘是由系統時鐘分頻而來的時間長度值，實際上就是一個時間份額Tq。

圖1 CAN時鐘與位時間的關系

其中，CAN位時間表示CAN的一位二進制數據所保持的時間，具體關系如圖2所示。

圖2  CAN總線二進制報文與位時間關系

2、位時序

CAN總線作為串行通信，發(fā)送單元采用不歸零編碼，將數據以位流形式發(fā)送到總線上，并且每一位數據位寬都由CAN控制器的N個時鐘周期組成，該時鐘周期則為最小的時間單位Time Quantum（以下稱為Tq），這N個Tq被分為四段：同步段（SS）、傳播時間段（PTS）、相位緩沖段1（PBS1）、相位緩沖段2（PBS2），而采樣點位置處于PBS1和PBS2的交界處。

1位分為4個段，每個段又由若干個Tq構成，這稱為位時序,如圖3所示。

圖3 同TQ數量情況下不同采樣點的配置時序

其中，各段的作用為：

同步段（SS:Synchronization Segment）：CAN網絡中的所有節(jié)點，在接收一位數據時，以此段作為位起始的參考點，進行下降沿的檢測，統計下降沿基于SS段的偏移，然后進行位時序的調整，使接收趨于同步（下降沿在理想情況下應出現在SS段）。需注意，進行位時序調整的條件是檢測到下降沿，若無下降沿則不進行調整，因此為了避免多個相同連續(xù)位出現導致位時序得不到調整，產生不同步的情況，CAN控制器增加了填充位的概念，當出現連續(xù)5個相同位后，添加一位相反電平的填充位。SS段長度固定為1個Tq。

傳播時間段（PTS:Propagation Time Segment）：CAN總線上數據的傳輸會受到物理延遲，比如發(fā)送單元的發(fā)送延遲、總線上信號的傳播延遲、接收單元的輸入延遲等，PTS段就是用來補償這些因素產生的時間延遲。而PTS段長度至少應為這些因素產生的時間延時的2倍，PTS段長度至少為1個Tq。

相位緩沖段1（PBS1:Phase Buffer Segment 1）：若下降沿延后N個Tq，且延遲不大于同步跳轉寬度，使得原本位時序中采樣點位置提前N個Tq，則需要對PBS1段增加N個Tq數（使采樣點位置延后N個Tq），吸收這段誤差。PBS1段長度至少為1個Tq。

相位緩沖段2（PBS2:Phase Buffer Segment 2）：若跳變邊沿提前N個Tq, 且不大于同步跳轉寬度，使得原本位時序中采樣點位置延后N個Tq,則需要對上一個位時序的PBS2段減少N個Tq數（使采樣點位置提前N個Tq），吸收這段誤差。PBS2段長度至少為2個Tq。

重同步補償寬度（SJW: reSynchronization Jump Width）：SJW為PBS1增加或PBS2減少的最大Tq數。

3、CAN同步的策略

CAN同步是以位為單位，每接收一個下降沿，則進行一次同步。發(fā)送單元以約定好的位時序進行數據發(fā)送。接收單元根據總線上接收到的下降沿進行位時序同步。

但是，發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點作為互相獨立的硬件個體，時鐘頻率誤差、傳輸路徑上的（電纜、驅動器等）相位延遲等都會引起時序偏差。因此接收單元需通過硬同步或者重同步的方法進行位時序調整。如圖4幀結構所示，硬同步只在空閑狀態(tài)檢測出第一個下降沿（幀起始下降沿）時進行，而重同步則在其余各段進行。

圖4  CAN標準數據幀結構