CAN總線在數(shù)據(jù)鏈路層中的應(yīng)用是其通信協(xié)議中的關(guān)鍵部分、它負(fù)責(zé)在物理層之上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。致遠(yuǎn)第二代CAN總線分析儀ZPS-CANFD，除了可以完成CAN、CANFD總線物理層的一致性測(cè)試，同時(shí)也可以完成對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層工作過程的觀察。

什么是數(shù)據(jù)鏈路層

在CAN總線應(yīng)用中，物理層一致性測(cè)試成為各CAN總線廠家必測(cè)的校驗(yàn)任務(wù)，以此來保證總線或節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品有健康的信號(hào)質(zhì)量。CAN總線的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，共模干擾、電磁干擾、信號(hào)衰減等影響總線通訊的因素也逐漸增強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸過程中常常出現(xiàn)錯(cuò)誤，而物理層只負(fù)責(zé)透明的傳輸結(jié)構(gòu)的原始比特流，不能進(jìn)行任何錯(cuò)誤控制。因此，當(dāng)需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，除了必須有一條物理線路（鏈路）外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）。

數(shù)據(jù)鏈路層主要由兩個(gè)部分組成， MAC子層（媒體訪問控制子層）、LLC子層（邏輯鏈路控制子層）。如圖1所示為目前國際標(biāo)準(zhǔn)“ISO 11898-1：2015（E）”中 數(shù)據(jù)鏈路層CAN的分層架構(gòu)圖。

圖1 CAN的分層架構(gòu)圖

MAC子層

MAC子層是CAN協(xié)議的關(guān)鍵組成部分，主要負(fù)責(zé)將物理層接收到的信號(hào)組織成具有實(shí)際意義的信息，并管理錯(cuò)誤控制等傳輸流程，MAC子層主要功能有以下幾點(diǎn)：消息的幀化處理：將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成符合CAN協(xié)議的幀格式；仲裁：通過非破壞性仲裁機(jī)制解決多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的沖突；應(yīng)答：接收節(jié)點(diǎn)通過應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)數(shù)據(jù)的正確接收；錯(cuò)誤的檢測(cè)和報(bào)告：檢測(cè)通信過程中的錯(cuò)誤，并通過錯(cuò)誤幀向其他節(jié)點(diǎn)報(bào)告。在ZPS-CANFD中，我們可以通過報(bào)文解碼界面，清晰地看到幀格式，如仲裁場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)信息。除此之外，我們也可以在Decode界面中看到填充位（即白色填充位置），如圖2所示：

圖2 報(bào)文解碼

也可以通過報(bào)文接收窗口，觀察錯(cuò)誤幀類型，如圖3所示：

圖3 幀錯(cuò)誤類型標(biāo)記LLC子層LLC子層雖然在CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確劃分，但我們通常可以將幀過濾、報(bào)文重發(fā)等邏輯控制功能歸為LLC子層的范圍：報(bào)文過濾：通過過濾器只保留想看的報(bào)文；報(bào)文重發(fā)：在檢測(cè)到通信錯(cuò)誤或未收到應(yīng)答時(shí)，自動(dòng)重發(fā)報(bào)文。ZPS-CANFD中，擁有報(bào)文過濾的功能和出現(xiàn)錯(cuò)誤幀時(shí)報(bào)文重發(fā)的機(jī)制，我們可以通過報(bào)文接收界面觀察只想看的報(bào)文以及觀察報(bào)文重發(fā)的過程以及重發(fā)報(bào)文的信息，如圖4所示為某報(bào)文文件過濾后的錯(cuò)誤幀報(bào)文。

圖4 錯(cuò)誤幀

除此之外，ZPS還可以通過ID、DLC長度、幀類型、時(shí)間等等參數(shù)進(jìn)行過濾，如圖5所示為自定義過濾編輯器。

圖5 過濾編輯器在報(bào)文

接收界面可以看到報(bào)文重發(fā)的過程，在總線負(fù)載率界面我們可以觀察到Busoff恢復(fù)過程，Busoff恢復(fù)是指當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過255次時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)入Busoff狀態(tài)，為了避免某個(gè)設(shè)備因自身原因?qū)е聼o法正確發(fā)送報(bào)文而不斷破壞總線的數(shù)據(jù)幀，CAN總線網(wǎng)絡(luò)具有嚴(yán)格的錯(cuò)誤診斷功能。在ZPS中，可以卡光標(biāo)來測(cè)量幀間隔從而知道Busoff恢復(fù)時(shí)間，如圖6所示：

圖6 Busoff恢復(fù)觀察總結(jié)CAN總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層是實(shí)現(xiàn)CAN通信的關(guān)鍵部分，它負(fù)責(zé)在物理層之上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，通過幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制和訪問控制等功能，CAN協(xié)議確保多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的高效、可靠通信。我們的ZPS-CANFD正好可以做到這幾點(diǎn)，協(xié)助我們觀察錯(cuò)誤機(jī)制處理的過程，這些功能和機(jī)制共同構(gòu)成了CAN總線協(xié)議強(qiáng)大的通信功能，使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。