CAN消極報錯發(fā)送節(jié)點變?yōu)殡x線狀態(tài)的故障

摘要 處于消極報錯狀態(tài)的CAN節(jié)點在一次本地錯之后，由于標準考慮不周，會產生該節(jié)點與其他節(jié)點在幀啟停上的不同步，造成錯誤的不斷延續(xù)，在接收節(jié)點中產生等同離線狀態(tài)。本文討論了在發(fā)送節(jié)點中產生真正離線的原因，并提出了解決方案。
關鍵詞 CAN報錯幀分界符 優(yōu)先級逆轉 離線

CAN是應用非常廣泛的現場總線。它已經被大部分汽車廠商用作車內控制器交換信息的通信干線，是分布式嵌入式系統(tǒng)的關鍵部分。但是它有一種以前未討論過的與安全有關的故障，當某一處于消極報錯狀態(tài)的節(jié)點由于干擾而產生一個本地錯后，因標準考慮欠周，該節(jié)點會與其他節(jié)點幀啟停失去同步，在其他掛起待發(fā)的消息發(fā)送時不斷出錯，形成等同于離線的狀態(tài)，無法提供服務，從而危及安全。本文討論處于消極報錯狀態(tài)的發(fā)送節(jié)點，由于同樣的原因失去同步后的演變過程。這里不同的是，因為標準中的另一個規(guī)定，它可能經歷一個真正的離線狀態(tài)。

1 CAN標準的安全漏洞
在討論該問題時假定讀者對CAN的標準已有充分的了解，由于中文譯法的差別，本文采用的術語可能有所不同，相信不會影響讀者的理解。在Bosch CAN2.O規(guī)范3．1．3款中說：“為了使報錯幀正確結束，消極報錯節(jié)點可能需要處于空閑狀態(tài)至少有3bit時間(如果消極報錯接收節(jié)點發(fā)生本地錯)，因此總線不應滿負荷運行?！报D―這是引起應用出故障的原因。因為節(jié)點問并無時間同步，即便總線有空閑時間，也不能保證像上述要求那樣的分布。掛起待發(fā)的消息將在服務間隔(intermission，圖中縮寫為I．M．)后立即發(fā)送。這在規(guī)范中也有規(guī)定：“在另一條消息發(fā)送過程中掛起待發(fā)的消息在服務間隔后的第一位啟動(發(fā)送)”。ISO11898標準沒有提到3位空閑問題，但是CAN一致性測試標準ISO16845的具體條文會有這種要求(雖然該空閑要求還是不充分的)。CAN規(guī)定處于消極報錯狀態(tài)的節(jié)點在發(fā)現錯之后發(fā)出6位隱位的消極報錯標志(Passive error flag)，如讀回6個連續(xù)的相同位時，就確認報錯標志發(fā)完，如沒發(fā)現6個連續(xù)的相同位，就繼續(xù)發(fā)隱位，直到得到確認，然后開始消極報錯幀分界符的發(fā)送。分界符從發(fā)出隱位讀回也是隱位時開始計算，總共為8個連續(xù)的隱位。在CAN一致性測試標準ISO16845的7．5．6款與8．5．13款中，規(guī)定了接收節(jié)點與發(fā)送節(jié)點在發(fā)消極報錯幀分界符時的格式錯檢查辦法。它規(guī)定，在消極報錯幀分界符開始后的8位中不得有顯位；如有顯位，就視為出錯，開始新的報錯幀。
如果一個處于消極報錯狀態(tài)的節(jié)點發(fā)現一個本地錯(即有一種誤判或漏判)，由于其他節(jié)點不發(fā)主動報錯幀，那么它發(fā)的消極報錯幀標志就不會及時得到確認，往往要到圖1所示的數據幀或遠程幀的EOF第5位才會得到確認；而它的消極報錯幀分界符將延續(xù)到幀的服務間隔之后，它就和其他節(jié)點的幀啟停失去了同步。其他節(jié)點開始新幀的SOF將被它視為格式錯，而開始發(fā)新的消極報錯幀。當其他節(jié)點有掛起待發(fā)的幀不斷發(fā)送時，這個處于消極報錯狀態(tài)的節(jié)點一直處于不斷出錯的狀態(tài)，不能發(fā)送也不能接收，即等同于離線狀態(tài)。
這種源自標準考慮不周的故障會使CAN的優(yōu)先級逆轉(在處于消極報錯狀態(tài)的節(jié)點中的高優(yōu)先級消息無法發(fā)送)；同時，基于優(yōu)先級進行的調度分析失靈。以此為算法設計得到的消息最壞送達時間將是不可靠的，車的安全會受影響。在參考文獻[1]中，討論了修改消極報錯幀分界符長度來解決該故障的方法。

2 處于消極報錯狀態(tài)發(fā)送節(jié)點本地錯的后果
處于消極報錯狀態(tài)的發(fā)送節(jié)點在有本地錯時，其行為傾向更差。標準ISO16845的8．6．9款對發(fā)送節(jié)點在消極報錯幀分界符內的格式錯規(guī)定了發(fā)送錯計數器TEC+8，第7．6．12款對處于消極報錯狀態(tài)的接收節(jié)點在消極報錯幀分界符內的格式錯規(guī)定了接收錯計數器REC+1。而且標準規(guī)定REC是有上限的，它不會導致節(jié)點成為離線狀態(tài)；但TEC會一直加上去，當TEC=256時節(jié)點就成為離線狀態(tài)，直到在總線上讀到128個連續(xù)的11個隱位，然后它