关于CAN报文中ACK应答错误的检测原理

huangguang

CAN协议里对ACK（应答场）有如下的描述：

应答场长度为2个位，包含应答间隙（ACK SLOT）和应答界定符（ACK DELIMITER）。在应答场里，发送站发送两个“隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（ACK SLOT）期间（发送ACK信号）向发送器发送一“显性”的位以示应答。

应答间隙：所有接收到匹配CRC序列（CRC SEQUENCE）的站会在应答间隙（ACK SLOT）期间用一“显性”的位写入发送器的“隐性”位来作出回答。

ACK界定符：ACK界定符是ACK场的第二个位，并且是一个必须为“隐性”的位。因此，应答间隙（ACK SLOT）被两个“隐性”的位所包围，也就是CRC界定符（CRC DELIMITER）和ACK界定符（ACK DELIMITER）。

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在CAN协议的错误检测部分有这样的描述：

位错误：站单元在发送位的同时也对总线进行监视。如果所发送的位值与所监视的位值不相符合，则在此位时间里检测到一个位错误（BIT ERROR）。但是在仲裁场（ARBITRATION FIELD）的填充位流期间或ACK间隙（ACK SLOT）发送一“隐性”位的情况是例外的——此时，当监视到一“显性”位时，不会发出位错误（BIT ERROR）。

应答错误：只要在ACK间隙（ACK SLOT）期间所监视的位不为“显性”，则发送器会检测到一个应答错误（ACKNOWLEDGMENT ERROR）。

从协议所描述的内容来看，我们不难得出一个结论：CAN是一种基于广播的通讯方式，为了保证总线上的每一个节点（处于normal mode）都能正确的接收到报文，报文的发送者要求每一个接收节点在报文发送结束前，也就是ACK slot的时间内，作出应答，即要求接收的节点都在这个时间发送一个“显性”位。发送者在发送的同时，会监视总线上的数据，如果与发送的娄据不一致，则表示发送失败或自己失去仲裁，立即停止发送或转入接收模式。如果有一个节点在ACK SLOT的时间内发送“显性”位，则发送者认为此次发送报文成功；如果发送者检测到ACK SLOT为隐性位，则表示没有节点填充ACK SLOT，则发送者会检测到这个隐性位而知道发送失败，此条报文需要重发。所以，当总线上只有一个节点的时候，或是只有一个节点可以收发数据的时候，这个节点是发不出去数据的，因为它所发出的数据帧中的ACK SLOT没有另外一个节点来填充，将永远是隐性位，这个节点会一直重发数据直到发送成功或发送被取消。

（注：一：总线上只有一个节点而且它向外发送了数据。它确实不会收到任何ACK，它会变成“error passive”但是它不会变成BUS off。why？请参考CANspecificaton 2.0-partB-Fault_Confinement--rule3--exception1二:其它检测到CRC错误的节点不会马上发送错误帧，而是在ACK delimiter之后才发送。请参考CAN specificaton 2.0-partB-Error_Signalling）

ACK SLOT只有一个BIT，而接下去的ACK delimiter始终为隐性（我们可认为是1），当数据到达ACK SLOT的时候，所有的节点都会发送显性位（我们可以认为是0），而发送者在ACK这个时间里保持隐性位（即发送者在发送的时候ACK SLOT为1），这时发送者会检测总线上的ACK时间内的信号，如果是0，则表示正确，如果是1，表示有错误。如果当中有某一个节点在ACK SLOT填入隐性位，则总线上同样还是显性位电平，故只要总线上有一个节点正确接收到数据，则ACK SLOT就会被填入显性电平；那么，接收错误的节点如何来告知发送者此次发送不成功呢？这时候就要用到CAN的错误帧，当一个接收者收到错误的数据的时候（怎样判断的），它立即开始发送一个错误帧，则接下去总线上的信号就是这个错误帧，其它的节点和发送者也都会收到这个错误帧，那所有的节点都知道出错了，接收者会丢掉此次消息，而发送者会试图重发此次消息。这才是ACK SLOT真正的含义。

下面我们通过一个实例来看看CAN节点是如何进行ACK SLOT的动作的。我们抓取一个总线上面的信号波形，此波形已经是通过82C251解码过后的。

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抓取的波形，图中的四个通道分别表示两个节点的CANTX和CANRX，其中通道A，B表示NODE 1的CANTX和CANRX，通道C，D表示NODE 2的CANTX和CANRX。将其正对坐标中轴的部分展开，得到如下的图形，由上图我们清楚的看到，NODE 1的CANTX在接收到数据后立即响应，即向外发送数据，当数据发送完毕，到了ACK的时间内，见下图中黄色图标处，NODE 1的CANTX发送两个隐性位，而对于NODE 2，当发送者NODE 1的CANTX到了报文的ACK时间，NODE2也接收完数据，如果CRC校验通过，则NODE2的CANTX会相应的发送显性位，即通道C的红色图标处。如果总线上存在NODE 3和NODE 4或是更多NODE，则波形相同。图中的B和D都是CANRX，所以都有ACK的显性位出现。

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我们认为，发送者在发数据的时候，CANTX在发送数据，而CANRX同时也在接收数据，当发送者发送ACK为隐性时，接收到的ACK SLOT一定要是显性才会正确。那么，当有节点正确接收到了数据，在ACK SLOT填上显性位后，接收错误的节点这时候会如何呢？接收错误的节点就会马上发送错误帧，一般是发送连续的6个0或1，根据CAN的位填充原理，当有五个连续的0或1出现时，为了传送中的同步，必须插入一个反相位的BIT作为填充位，如果连续出现6个或以上的相同信号，则此次传送错误，数据将被丢弃。故当发送者收到这个错误帧后，便会知道发送出错，并试图重发数据。

yuanyou

关于CAN报文中ACK应答错误的检测原理，重点在于ACK应答场的正确响应。在CAN协议中，ACK应答场包含应答间隙和应答界定符。发送站发送两个隐性位，当接收器成功接收报文并通过ACK间隙期间发送显性位以确认接收时，即为正确应答。若接收站点未能在应答间隙期间正确响应显性位，则表示ACK应答错误。此外，ACK界定符作为ACK场的第二位，必须保持隐性状态。通过检测这两部分，可以有效识别出ACK应答错误，并进行相应的故障处理与排除。这在保障CAN通信网络的稳定性与可靠性方面尤为重要。

hudaren43

对于CAN报文中的ACK应答错误的检测原理，主要是依赖于ACK场和应答机制的实现。当CAN总线上的发送站发送报文后，接收站会接收并检查报文内容，包括CRC校验序列。如果接收站正确接收到了有效的报文，它会在应答间隙期间向发送站发送一个显性的应答位，即覆盖原本应处于隐性状态的位来表示应答。如果接收站没有正确接收报文或者在应答间隙期间没有发送应答信号，那么该应答场就会保持隐性状态。这样，发送站可以通过检测应答场的状态来判断报文是否被正确接收。如果在应答场检测到非预期的信号状态，即出现显性位而实际上没有接收到有效的应答信号时，就可以判断为ACK应答错误。至于ACK界定符必须为隐性位也是保证整个通信过程正确进行的重要条件之一。总的来说，这种应答机制可以确保CAN通信的可靠性和准确性。