CAN总线仲裁原理

CanID作用1CanID作用目前，CAN(Controller Area Network)总线是车辆中使用最为广泛的一种总线类型。但是，在上个世纪80年代初期，CAN总线未被发明之前，汽车工程师们对当时的整车网络拓扑吐槽不已。笨重的线束连接使得整车质量不断增加，不仅增加了车辆油耗，而且使得车辆维修变得更加复杂。为改变此现状，1986年2月，Bosch 公司在SAE（汽车工程协会）大会上，提出了一种新型的

CanID为什么要参与总线仲裁呢？什么样的报文需要参与总线仲裁呢？

先不着急回答，我们先看如下一个CAN网络拓扑，此拓扑中，存在三个ECU：ECU1、ECU2、ECU3。其中ECU1包含两路CAN（CAN1、CAN2），ECU2包含一路CAN1，ECU3包含一路CAN1，4个CAN节点均通过双绞线挂接在一条CAN BUS上，如下所示：

整车中，每个CAN节点都带有各种各样的报文，比如：应用报文、诊断报文、网络管理报文、标定报文等。根据每个节点功能，节点需要外发的应用报文从几个到几十个不等。如果在某一时刻，比如：下图中的t1时刻，4个节点都有报文需要外发，谁先发送呢？谁应该先获取CAN BUS的使用权限呢？

(资料图片仅供参考)

至此，本节开始的两个问题，我们应该有了答案：

将如上的仲裁过程总结成一句话：CanID越小，优先级越高。

工程项目中，相比其他类型报文（诊断报文、标定报文、网络管理报文），往往应用报文的优先级高，为什么呢？由于应用报文所携带的功能信号（Signal），主要给算法使用，算法的处理时效关系到整车的功能，因而应用报文CanID一般都比较小（优先级高），以便于其优先获得总线的使用权。

4CanID在CAN报文中位置

了解了CanID如何利用“线与”进行仲裁还远远不够，我们还需要清楚CanID在CAN帧的位置以及CAN帧结构。

每一个CAN报文的CanID由唯一标识的11bit/29bit构成。以经典CAN帧为例，11bit CanID在Can帧中的位置如下所示：

CanID的仲裁就是第一小节中提到的仲裁规则。

SOF（Start of Frame）由一个Bit组成，且常显性(“0”)，SOF是CAN报文的第一个Bit，标识着一帧报文的开始，CAN总线上的所有节点都可以在此时参与竞争，发送各自的报文。

SOF之后就是Identifier(仲裁域)，即各个节点要外发的CanID，通过CanID的仲裁，优先级高的报文被优先发送。同时，对应节点优先获得CAN总线的使用权，该节点可以继续发送后续的数据，而仲裁失败的节点则停止数据的发送，转而进行数据的接收，只能等待下一个SOF时刻再去仲裁。

5CanID仲裁示例

假设：t0时刻，ECU1::CAN1要发送CanID为0x367的报文，ECU2::CAN1要发送CanID为0x301的报文，ECU3::CAN1要发送CanID为0x405的报文。分析一下0x301报文如何赢得总线使用权。

Step1:t0时刻，SOF之后，三个节点各自开始发送对应报文的CanID；

Step2：t1时刻，由于ECU3::CAN1对应的bit10值为1（隐性位），被ECU1::CAN1和ECU2::CAN1的显性位（数值为0）覆盖，ECU3::CAN1仲裁失败，失去总线使用权，进而进入监听模式，即：只能接收数据；

Step3:t2时刻，由于ECU1::CAN1对应的bit值为1（隐性位），被ECU2::CAN1的显性位（数值为0）覆盖，ECU1::CAN1仲裁失败，失去总线使用权，进入监听模式。至此，ECU2::CAN1独占总线使用权，继续发送后续数据。

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