CAN时序
CAN 总线的位时序与参数设置
CAN 的位时序构成
CAN 总线的每个位（Bit）的周期 Tbit = 1 / Baudrate。根据 CAN 规范，每个位的时间内又可细分成4段：
- 同步段（Synchronization Segment，Tss）
- 传播段（Propagation Segment, Tps）
- 相位缓冲段 1（Phase Buffer Segment 1, Tpbs 1）
- 相位缓冲段 2（Phase Buffer Segment 2, Tpbs 2）
时序计量单位
CAN 控制器为了适应各种波特率，对上面四个段的时间长度，不是使用纳秒（ns）或微秒（us）来度量，而是使用节拍来度量，技术资料中将这个节拍称为时间量子（Time quantum, Tq）。
例如 500 k 的波特率，每个 Tbit 是 2000 ns，如果分为 10 个节拍，则每个 Tq 为 200ns。
工作流程
发送节点在每个 bit 中主要完成发送和回检。
接收节点在每个 Bit 中主要完成接收和同步。
传播段时长 Tps
传播段 PS 占据的时间是信号在总线上来回传输的时间。
一次单向传输的延时 Tdelay 包括 3 个时间：
- 发送节点从产生信号到发到总线的时间 Td 1；
- 信号在总线传输的时间 Tbus；
- 接收节点从总线获取信号的时间 Td 2。
按规范要求，传播段的时间 Tps 应大于等于 2 倍 Tdelay 的时间，即
Tps >= 2 * Tdelay = 2 * (Td 1 + Tbus + Td 2)
为什么规定是两倍时间呢？
CAN 总线是一种允许竞争并自行仲裁的协议。见上面工作流程图可知，每个节点会回读自己发出的信号。
假设极端情况下，节点 Node 1 在总线的一端发出了信号 s 1，总线另一端的节点 Node 2 在 Tdelay 时间之前由于尚未收到信号 s 1，所以可能认为总线是空闲的，那就可能往总线上发送信号 s 2。当然，Node 2 刚发出 s 2，总线上就产生了 s 1 和 s 2 的竞争，而这个竞争的情况会又经过 Tdelay 的时间才被 Node1感知到。
所以两倍 Tdelay 的要求就是为了保证每个节点都能正确检测到总线上的竞争。
CAN 参数设置
下面以 STM 32 系列 CPU 为例，具体说明参数设置方法。
STM 32 CPU 的 CAN 与位时序相关的参数有4个：
- **BRP (Baud rate prescaler)**，预分频值，允许的范围是 1 ~ 1024。
- TS 1 (Time segment 1), 允许的范围是 1 ~ 16。这个参数设置传播段（Tps）与相位缓冲段 1（Tpbs 1）相加的节拍数。
- TS 2 (Time segement 2), 允许的范围是 1 ~ 8。这个参数设置相位缓冲段 2（Tpbs 2）的节拍数。
- SJW (Resynchronization jump width), 重同步宽度，允许的范围是 1 ~ 4。用于设置 Tpbs 1 和 Tpbs 2 可以调整的节拍数。
1. BRP 的参数设置
BRP 用于将 APB 的时钟（其他 CPU 可能直接使用晶振时钟）分频到 CAN 时钟。CAN 时钟的每个周期就是前面说过的节拍或时间量子（Tq）
BRP 的值由基频（APB 时钟）频率 Fclk、波特率 Baudrate 和每个 Bit 的节拍数 Q 决定。
BRP = Fclk / (Q * Baudrate)
从 STM 32 寄存器参数允许范围来说，Q 的数量可以在 3 ~ 25 之间（见 TS 1 和 TS 2 的范围），但从同步调整的有效性来说，最好在 6 ~ 25 之间。
例如，APB 时钟 24 M，波特率 500 k，如果 Q 取 6 ~ 25 之间的整数值，则 BRP 可以使用的值有：2、3、4、6、8。
Q 的大小与通讯质量是有关系的。个人觉得只要寄存器 TS 1 和 TS 2 的数值允许，Q 值应该尽量大一点。Q 值越小，本地在同步调整时的变化就越大（不稳定）。
以 500 k 波特率（Tbit = 2000 ns）来说，如果 Q = 25，则每拍时长 Tq = 80 ns，也就是接收侧可以将同步的位置前后最小变动 80 ns；而如果 Q=5，则每拍时长 Tq = 400 ns，意味着接收侧对同步位置的调整至少是 400 ns。那很可能这次调快了，而后一次又调慢了，这会导致通讯质量明显下降。
对最极端的 Q = 3 来说（TS 1=1，TS 2=1），这样的时序分配导致几乎不具备重同步的能力。
2. TS 1 和 TS 2 的参数设置
TS 1 和 TS 2 的参数设置，就是将 Q 分配给位时序中 3 个段：PS、PBS 1 和 PBS 2 （SS 段永远占据一拍，不商量）。
Q = 1 + Tps + Tpbs 1 + Tpbs 2
计算传输段时长 Tps
Tps 的长度根据设备性能和总线长度决定，通常总线单位延时可按 5.5 ns/米估算。单个节点收/发延时按 75 ns 估算。
假定总线长度 12 米，则 Tps = 2 * ( 12 * 5.5 + 75 * 2) = 432 ns，然后根据上一步的 Q 值，计算出 Tq 的时间，再根据 Tq 和延时时间，计算 Tps 需要的节拍数。
例如：当 Tq = 125 ns 时，432 ns 延时需要的节拍数 = 432 / 125，向上取整得到4。计算相位补偿段 1 时长 Tpbs 1 和 相位补偿段 2 时长 Tpbs 2
将 Q 值减 1，再减掉 Tps 的节拍数，剩余的节拍数由 Tpbs 1 和 Tpbs 2 平分。如果剩余节拍是奇数，则 Tpbs 1 比 Tpbs 2 少一拍。计算 TS 1 和 TS 2 的值
TS 1 等于 Tps 和 Tpbs 1 的节拍数相加。
TS 2 等于 Tpbs 2 的值。
3. SJW 的参数设置
SJW 比较简单，取 (TS 2 - 1) 和 4 两个数字中小的那个。即 SJW = min (TS 2-1, 4)。
将上面的例子：基频 24 M，CAN 总线波特率 500 k，传输延时 432 ns，各种不同 Q 值下，各参数计算过程列表如下：
| BRP | Q | Tq (ns) | SS | Tps | 剩余 | Tpbs 1 | Tpbs 2 | TS 1 | TS 2 | SJW |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 24 | 83.3 | 1 | 6 | 17 | 9 | 8 | 15 | 8 | 4 |
| 3 | 16 | 125.0 | 1 | 4 | 11 | 5 | 6 | 9 | 6 | 4 |
| 4 | 12 | 166.7 | 1 | 3 | 8 | 4 | 4 | 7 | 4 | 3 |
| 6 | 8 | 250.0 | 1 | 2 | 5 | 2 | 3 | 4 | 3 | 2 |
| 8 | 6 | 333.3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 2 | 1 |
最后，很重要的一点
如果直接设置 STM 32 的寄存器，上面 BRP、TS 1、TS 2 和 SJW 的数值，全都需要减 1 后写入寄存器（见 STM 32 Reference Manual 中相关寄存器的说明）；
如果使用 STM 提供的驱动程序，则直接使用 BRP、TS 1、TS 2 和 SJW 的数值初始化驱动的结构体。
#CAN
#通信协议
#todo
