副标题: 冲破通信时序的极致界限 , 资深ECU开发工程师的CAN总线同步以及TDC配置指引。
引言
在汽车电子朝着域控制也就是 Domain 以及区域控制也就是 Zonal 进行演进的进程里面, CAN 总线协议历经了从 Classical CAN 转变到 CAN FD, 接着又发展到现今速率高达 20Mbps 的 CAN XL 的跨越性进步。带宽呈现成倍增长, 这表明位时间就是 Bit Time 被极大压缩, 这种情况给底层的物理延迟、时钟精度以及同步机制造成了前所未有的难题。
资深汽车电子ECU开发工程师, CAN总线可不是简单的“连上TX/RX就能通信”。怎么合理分配位时间段? 怎么设定采样点? TDC（发送延迟补偿）在底层是怎样运作的? 深入理解这些底层时序与同步机制, 是排查偶发总线错误、设计高鲁棒性通信架构的必修课呀。
在这期播客或者博客当中, 会为大家深度且硬核地去剖析CAN总线, 剖析其波特率跟采样点设置, 剖析其时钟精度方面的要求, 剖析其硬同步和重同步的机制, 还会剖析其像是TDC配置这样在高波特率情况下的核心利器呢, 期望能够对大家有帮助, 能够给大家带来启发。
一、 剥开位时间的迷雾：波特率与采样点配置的物理博弈
CAN总线的波特率配置, 它不只是数字逻辑方面的划分, 而且是跟物理线束长度进行博弈中的环节, 另外又是和收发器延迟展开博弈里的一种情况。
在CAN协议之中一个完整的位时间是被划分成四个段的, 这四个段分别是同步段, 它也叫做Sync_Seg, 然后是传播段, 其是Prop_Seg, 还有相位缓冲段1是Phase_Seg1, 以及相位缓冲段2是Phase_Seg2。采样点它固定在Phase_Seg1的末尾。
1. 传播段（Prop_Seg）的物理意义
传播段进行设计, 目的是为了补偿网络之上的物理延迟, 它得吸收总线上信号传播的时间, 还要吸收CAN节点内部收发器环路的延迟, 为保证在仲裁阶段信号能够毫无损耗地道完成线与逻辑, 传播段的时间必须要满足严格的物理不等式:
可改写为: tProp_Seg大于等于, tnode_A加上, tnode_B加上, 2乘以tbusline。
这代表着, 网络物理线缆的长度越长, 或者收发器内部的延迟越大, 那么在进行配置的时候, 就一定要给Prop_Seg分配更多的时间份额（Time Quantum, Tq）。
2. 采样点（Sample Point）的权衡
于汽车工程实践期间, 经典CAN的仲裁段采样点, 通常是被设定在60%至80%这个范围之间的, CAN FD仲裁段的采样点, 亦复如是。
二、 守护时间的标尺：时钟频率的精度要求
CAN网络不存在全局时钟线, 各个ECU依靠本地晶振（Oscillator）, 由于环境温度出现变化或者器件产生老化, 节点的实际时钟频率会在其标称频率的容差范围当中出现漂移。
ISO 11898 - 1标准针对时钟的精度, 给出了极为严苛的数学方面的约束, 举例来说, 针对传统帧或者仲裁段, 其容差是必须同时达到。
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对系统设计的指导意义：
三、 维持秩序的节拍器：硬同步与重同步机制
借助精妙的同步状态机, 使得网络里所有节点, 哪怕存在时钟漂移, 也能够于同一个瞬间去实施读取采样点这一操作的是CAN。同步所遵循的核心原则为: 在仅允许得以进行一次同步的一个位时间之内, 也就是两个采样点之间。
1. 硬同步 (Hard Synchronization)
硬同步是一种“强制对齐”机制，主要用于 帧的起始阶段 。
2. 重同步 (Resynchronization)
该晶振的微小容差, 于帧的后面传输进程里, 会持续累积进而产生相位错误, 也就是Phase Error。这个时候是依靠重同步来开展“动态微调”的。
• 调整机制与 SJW 限制：
四、 突破物理极限的利器：TDC（发送延迟补偿）配置
进入CAN FD或者CAN XL的数据段之际, 波特率能够高达5至8Mbps, 甚至可达20Mbps。这时碰到了一个极大的物理屏障, 收发器的环路延迟或许可比一个数据位的时长还要长久！
发送节点于不存在TDC的状况下, 在数据段的采样点处回读总线电平, 目的是校验位错误, 因为波特率过高, 它所发出的位信号经由CAN_TX, 经过收发器抵达总线, 而后再回传至CAN_RX, 然而此时原定的采样点已然过去, 这会致使协议控制器误读前一个位的电平, 进而误报“位错误（Bit Error）”。
1. TDC 的核心机制：第二采样点 (SSP)
为把这个问题给解决掉, 那支持CAN FD/XL的硬件得将TDC机制（也就是Transmitter Delay Compensation）给启用起来。它于数据段的时候, 对在原有采样点那儿的位错误检测予以忽略, 反倒是引入了第二采样点（Secondary Sample Point, SSP）。
2. 工程配置难点与边界条件
配置TDC, 不是仅仅填入一个使能位这么简单, 资深的工程师, 一定要精准地计算TDCO, 也就是发射机延迟补偿偏移量。
结语
从Classical CAN的那种被称作“慢速”情况的仲裁, 再到CAN FD/XL呈现出的犹如“狂飙”般的向前推进, CAN协议的每一代发展变化, 都在对物理层的潜能进行着那种极限程度的压榨。
身为资深的ECU开发工程师, 深切明白波特率段的挤压效应, 清楚SJW与晶振精度的数学博弈, 还晓得TDC怎样借助SSP在纳秒内找回丢失的电平, 这是保障我们于设计高达数兆乃至20Mbps的车载通信骨干网之际, 依旧能够从容应对的关键所在。