为何会出现CAN波形解码和报文解码不一致的现象？

摘要：使用CANScope测量CAN总线信号，在干扰很严重的情况下会出现CAN总线波形解码与CAN报文解码不一致的情况，具体表现为某些正确报文对应的波形解码却是错误的，或者收到的错误报文对应的波形解码却是正确的，如图1中，帧ID为0x721的正确报文对应的波形解码却为CRC错误。本文将对这种现象产生的原因及其存在的意义进行详细的说明。

图1  报文解码与波形解码不一致

一、解码差异错误的主要原因

CANScope对CAN信号的处理包含2部分：报文处理部分和波形处理部分。报文处理部分通过CAN收发器将总线上的CANH和CANL差分信号转成单端的数字信号RXD，再使用专用的CAN控制器接收RXD信号并进行CAN协议解码，最后将解码后的报文进行接收存储；波形处理部分通过信号调理电路将CAN总线信号进行隔离等必要的处理后通过ADC电路将模拟信号数字化后顺序保存，完成对波形信号的采集。

图2  CAN总线信号处理

如图2所示，报文处理和波形处理两部分的电路和控制是完全独立的，CAN信号经过这两部分电路之后会有所差异，主要的不同在于：1、经过收发器之后的信号延时和经过信号调理电路的延时不同，但这个不同对解码的影响比较小，本文不做讨论；2、CAN收发器内部有迟滞比较器，具有相当于低通滤波器的功能，能通过的信号带宽不高，而波形采集由于需要观测高频干扰等信号，要求信号调理电路的带宽比较高，所以带宽的差异对后续解码的差异影响比较大。

如图3所示，带有高频尖脉冲干扰信号的总线信号CANH和CANL，在经过低带宽的收发器后，其携带的干扰信号被滤除（输出的RXD信号是无干扰的数字信号）；而同样的CANH和CANL信号，在经过高带宽的信号调理电路后，其携带的干扰信号依然保留（波形采集模块采集到有干扰的CANH和CANL信号后，经过软件差分后，得到的差分信号依然存在干扰，所以软件转换后的逻辑信号依然存在干扰）。

图3  波形差异

根据以上分析，干扰信号的存在使得后续的CAN波形解码会出现与报文解码不同的情况。我们继续往下深究：是否有干扰信号就一定会导致波形解码与报文解码不同呢？其实也不然，这还得从CAN总线的采样规则说起。

二、CAN总线采样规则

CAN控制器先将高频时钟进行预分频，生成较低频率的时钟信号，这个时钟信号的周期定义为1个时间份额，1位CAN信号的码元宽度包含有数倍的时间份额，如控制器时钟频率为16MHz，预分频为8MHz的时钟，则1个时间份额为125ns，对于1M波特率的CAN信号，1位CAN信号的码元宽度即为8个时间份额。

以1个时间份额为最小单位，将1位CAN信号码元分为3段：同步段、相位段1、相位段2。同步段固定为1个时间份额，相位段1和相位段2可设置成不同参数，控制器在相位段1和相位段2之间对CAN总线进行采样。

图4  采样点位置

当干扰信号出现的位置不在采样点位置时，解码是不会因为被干扰而出现错误的，只有当干扰信号刚好位于采样位置时，解码才会因为干扰而出现错误。