CAN總線通訊發展的過程中，為了兼容實時操作系統，是否也有與之對應的實時通訊網絡協議？ 今天我們就來學習兼容性更強大的通訊系統。

ISO11898前3部分的解讀提高了對傳統CAN網絡的理解，無論是高速CAN還是低速CAN，亦或者是最基礎的物理層定義都進行了詳細的闡述。傳統的CAN網絡總線通訊基本都是事件觸發的，當同時有許多信息需要傳輸時可能會造成總線過載，為了避免這種現象，傳統CAN網絡采用仲裁機制按信息優先級進行傳輸。

圖1 新能源汽車CAN總線透視圖

顯然，傳統分布式的CAN網絡如果能用于實時操作系統（基于時間觸發調度而非事件觸發），對于系統的兼容性和綜合集成性將大有提高，但問題是我們如何才能將并非同樣遵從時間調度的兩者結合起來呢？

一、時間觸發CAN

1、概述

時間觸發CAN是建立在標準CAN上的高層協議，它會對網絡中所有節點通訊進行同步調度，也就是每個節點在一個固定的時間里發送信息，這樣就不用再對信息進行優先級仲裁，由于每個節點分配到的時間是固定的，所以還可以預判整個網絡的延遲時間。

1.1 要實現這樣的時間觸發CAN通訊有兩種方式

方式一：用于周期信息傳輸。

方式二：支持全局系統時間傳輸。

1.2 幾個重要概念

• 基本周期：兩個參照幀之間的時間被稱為一個基本周期，基本周期由數個時間窗組成；

• 參照幀：開始一個基本周期的數據幀，為網絡提供一個全局時間，其作用就好像格林尼治時間之于世界時間一樣，用以同步所有節點的時間；

• 時間窗：系統矩陣里為傳輸信息分配的時間段，包括仲裁時間窗、自由時間窗和專用時間窗，見圖2。

圖2 一個周期內的數個時間窗

所謂的時間觸發就是上面已經分配好的的數據從左到右按順序發送，下面介紹一下這三種時間窗：

• 專用時間窗（Exclusive Windows）：用來傳輸特殊的周期信息，這些消息不會參與總線競爭，是置身事外的一個記錄員角色。

• 仲裁時間窗（Arbitrating Windows）：CAN節點在總線不是空閑的時候是不能傳輸消息的，而在時間觸發CAN的仲裁時間窗里可以安排網路內的幾個節點同時發送報文，不過沒有重發功能。

• 自由時間窗（Free Windows）：保留用作系統擴展，可以配置成增加節點的仲裁時間窗或專用時間窗，相當于機動部隊。

圖3 系統矩陣

上圖的系統矩陣有4個基本周期，一個基本周期可由不同類型、長度的時間窗組成，矩陣的縱列也叫做傳輸陣，傳輸陣里的時間窗有相同的長度但是可以擁有不同類型。

二、接收和發送

明確完了概念，我們接下來了解時間觸發CAN是如何接收和發送信息的。

1、信息的發送

信息發送觸發器

在時間觸發CAN網絡里，節點發送的信息由信息發送觸發器控制。信息發送觸發器會顯示信息是由系統矩陣里面的哪個時間窗以及怎么來進行傳輸的。

所以，信息發送觸發器有多個功能組，一是信息正確性判斷，二是發送的時間標示，三是判斷傳輸陣里的發送位置，四是重發因數，一個信息發送觸發器的觸發條件滿足時，即使信息的傳輸出錯導致信息失效時它也將立即啟動。

圖4 舉例一個專用信息的發送觸發器

上圖是一個專用信息D的信息發送觸發器，它表述了在系統矩陣里第三個基本周期的第五個時間窗（專用窗）發送，周期偏差為0，重發因素為2。

2、信息的接收

信息接收觸發器

在時間觸發CAN里，信息的接收是由信息接收觸發器控制的，信息接收觸發器的構成與上述的信息發送觸發器一樣，信息接收觸發器的時標會在信息接受完成后確定時間點。

3、參照幀的發送

信息接收觸發器

參照幀發送觸發器是一個特殊的信息發送觸發器，它只存在于備用的時間主節點里。在嚴格的時間觸發網絡中，只用唯一的一個參照幀發送觸發器來確保參照幀的周期發送，只要時間到了，參照幀就會被發送。

而在事件同步的基本周期系統中會有兩個參照幀發送觸發器，其中一個參照幀發送觸發器按系統矩陣基本周期定時發送，另一個作為后備，在事件同步異常時重新發送參照幀。

三、時間主節點初始化和錯誤處理

1、時間主節點初始化概念

雖然正常通訊建立起來時只有一個時間主節點，但在時間觸發CAN中備用的時間主節點可能超過8個。系統啟動時，硬件初始化，所有備用時間主節點根據優先級和等待時間可以開始嘗試發送參照幀。硬件初始化后有高優先級的CAN標識符的幀同步實體（數據鏈路層和媒體訪問控制層的執行單元）可以優先傳輸。

2、錯誤處理

CAN的失效處理遵循ISO 11898-1的規定，當幀同步實體檢測到調度表有誤時，會通過CAN的ISO 11898-1協議來處理。

圖5 錯誤處理

四、小結

至此，我們將時間觸發CAN網絡進行了一個概述，簡單介紹了這個有別于傳統CAN標準的高層協議，更詳細的論述可以參看ISO 11898-4原文，公眾號后臺回復【ISO11898-4】可獲贈原文文檔。