汽车电子 -- CAN总线比特率计算方法

本文主要是介绍汽车电子 -- CAN总线比特率计算方法，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

上一篇文章介绍 PCAN View 安装与使用 的时候，留下了两个问题，CAN总线比特率该怎么计算？
下图里的这些 Prescaler、tseg1、tseg2、sync Jump Width是什么意思？
在这里插入图片描述

CAN2.0协议中定义标称位速率为一理想的发送器在没有重新同步的情况下，每秒发送的位数量，也就是我们说的比特率。位时间标称位时间 = 1 /标称位速率。

一、CAN 位时间（CAN Bit Timing）

1个位时间包含4个功能段，分别是：

同步段(SYNC_SEG)
传播段(PROP_SEG)
相位缓冲段 1(PHASE_SEG1)
相位缓冲段 2(PHASE_SEG2)

为了方便与编程，有些时候会把传播段和相位缓冲段1合并成一个时间段。位时间的数值相当于 1/比特率。
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相关参数定义如下：

Prescaler： 分频。控制器的时钟频率进行分频后会得到CAN的时钟，CAN时钟的一个时间周期就是之前提到的最小时间段tscl，也称作时间份额，代表的是CAN控制器工作时的最小时间单位。
SYNC_SEG： 同步段。用于同步总线上各个节点，固定长度为1个tscl。其中应该有一个跳变沿。
PROP_SEG： 传播段。用于补偿信号通过网络和节点传播的物理延迟，长度应能保证2倍的信号在总线的延迟，长度为1到8个tscl。
PHASE_SEG： 相位缓冲段。用于补偿跳变沿的相位误差，相位缓冲段1的结尾是采样点位置。相位缓冲段1和2长度均为1到8个tscl。
sample point： 采样点。为读总线电平并解释各位的值的一个时间点。采样点位于相位缓冲段 1（PHASE_SEG1）之后。

其中：
TSEG1 = PROP_SEG + PHASE_SEG1。
TSEG2 = PHASE_SEG2。
位时间 = SYNC_SEG + TSEG1 + TSEG2，长度为8到25个tscl。
采样点 = （SYNC_SEG + TSEG1）/ 位时间。
sync Jump Width： 同步跳转宽度 (SJW) 。定义了在重新同步时可以缩短或延长的最大时钟周期数。因为重新同步时，相位缓冲段1会延长或是相位缓冲段2缩短。同步跳转宽度取值为1到4，同时必须不大于PHASE_SEG1的时间份额数。

二、计算公式

同步段，固定长度为1个tscl。
比特率 = 时钟（总线时钟/外设时钟） / （比特率分频器值）*（时间段1 + 时间段2 + 1） // 这里的1是同步段
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到此，下图就好理解了。
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位时间 = （时间段1 + 时间段2 + 1）
即：
位时间 = （tseg1 + tesg2 + 1）

位时间 = （12+3+1）= 16

比特率 = 时钟（总线时钟/外设时钟） / （比特率分频器值）*（时间段1 + 时间段2 + 1）
即：
比特率 = clock Frequency / （Prescaler）*（tseg1 + tesg2 + 1）

比特率 = （80Mhz）/(10*(12+3+1)) = 500 kbit/s

采样点 = （SYNC_SEG + TSEG1）/ 位时间。
即：
采样点= （1 + tseg1 ）/ (tseg1 + tesg2 + 1)

采样点 = （1+ 12）/ (12+3+1) = 81.25%

三、比特率计算工具

下载：BitRateCalculationTool

第一步：

打开Bit Rate Calculation Tool.exe软件后，选择不同的硬件，主要分为三种：

CAN bit Rate: 适用基于FPGA 的CAN 控制器硬件，比如 PCAN-miniPCIe。
CAN FD Bit Rate：适用基于FPGA的 CAN FD控制器硬件，比如 PCANUSB FD、PCANUSB X6、PCI Express FD等等。
SJA-1000 Bit Rate：适用于独立控制器SJA-1000的硬件,比如：PCANUSB。

第二步

设置目标比特率，以及是否“允许比特率偏差”。

如果选择了 “允许比特率偏差”，就会考虑指定的公差，结果中也会列出近似值。如果不选择，则只列出与给定值相匹配的无公差的比特率。
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第三步

选择时钟频率，根据需求选择80Mhz-20Mhz。

可选特定范围的仲裁段采样点Norminal sample point，这个是一个比较实用的功能，因为汽车行业大部分采样点是在70%-87.5%之间。
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第四步

可选数据段采样点的范围Data sample point，通常也会使能勾选。

Equal prescaler values表示只列出具有相同预分频器值的名义和数据比特率的结果。保持使能勾选。
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第五步

计算结果显示与选择

从计算列表中选择需要的采样点配置，在下方分列具体显示仲裁段和数据段的比特率配置信息。
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结果输出：选择某个计算结果后，鼠标右键copy to Clipboard,复制到剪贴板，结果可用于PCAN-Basic API二次开发的初始化设置。

f_clock=80000000,nom_brp=10,nom_tseg1=12,nom_tseg2=3,nom_sjw=3,data_brp=10,data_tseg1=2,data_tseg2=1,data_sjw=1
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这个就是上图PCAN View里的配置。

第六步

生成的计算结果可用于PCANVIEW或者PCAN Explorer 6的比特率自定义功能使用。

四、程序验证

既然已经知道怎么计算CAN 总线的比特率了。那就看一下程序中是不是也是这么操作的。

参看：STM32开发 – CAN总线详解

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CAN_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_8tq,CAN_BS1_9tq,4,CAN_Mode_LoopBack);//CAN初始化环回模式,比特率500Kbps

//CAN初始化
//tsjw:重新同步跳跃时间单元.范围:CAN_SJW_1tq~ CAN_SJW_4tq
//tbs2:时间段2的时间单元.   范围:CAN_BS2_1tq~CAN_BS2_8tq;
//tbs1:时间段1的时间单元.   范围:CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
//brp :比特率分频器.范围:1~1024;  tq=(brp)*tpclk1
//比特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp);
//mode:CAN_Mode_Normal,普通模式;CAN_Mode_LoopBack,回环模式;
//Fpclk1的时钟在初始化的时候设置为36M,如果设置CAN_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_8tq,CAN_BS1_9tq,4,CAN_Mode_LoopBack);
//则比特率为:36M/((8+9+1)*4)=500Kbps
//返回值:0,初始化OK;
//    其他,初始化失败; 
u8 CAN_Mode_Init(u8 tsjw,u8 tbs2,u8 tbs1,u16 brp,u8 mode)
{ GPIO_InitTypeDef 		GPIO_InitStructure; CAN_InitTypeDef        	CAN_InitStructure;CAN_FilterInitTypeDef  	CAN_FilterInitStructure;
#if CAN_RX0_INT_ENABLE NVIC_InitTypeDef  		NVIC_InitStructure;
#endifRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PORTA时钟	                   											 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能CAN1时钟	//Configure CAN pin: TXGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);			//初始化IO//Configure CAN pin: RXGPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;	//上拉输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);			//初始化IO//最好先禁止中断//重新初始化默认值CAN_DeInit( CAN1 );CAN_StructInit( &CAN_InitStructure );//CAN单元设置CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;			//非时间触发通信模式  CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;			//软件自动离线管理	 CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;			//睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位)CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;			//禁止报文自动传送 CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;		 	//报文不锁定,新的覆盖旧的  CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;			//优先级由报文标识符决定 CAN_InitStructure.CAN_Mode= mode;	        //模式设置： mode:0,普通模式;1,回环模式; //设置比特率CAN_InitStructure.CAN_SJW=tsjw;				//重新同步跳跃宽度(Tsjw)为tsjw+1个时间单位         CAN_SJW_1tq	 CAN_SJW_2tq CAN_SJW_3tq CAN_SJW_4tqCAN_InitStructure.CAN_BS1=tbs1; 			//Tbs1=tbs1+1个时间单位CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tqCAN_InitStructure.CAN_BS2=tbs2;				//Tbs2=tbs2+1个时间单位CAN_BS2_1tq ~	CAN_BS2_8tqCAN_InitStructure.CAN_Prescaler=brp;        //分频系数(Fdiv)为brp+1	CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);        	//初始化CAN1 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;	//过滤器0CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; 	//屏蔽位模式CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; 	//32位宽 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;	//32位IDCAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//32位MASKCAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0;//过滤器0关联到FIFO0CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;//激活过滤器0CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);			//滤波器初始化#if CAN_RX0_INT_ENABLE CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE);				//FIFO0消息挂号中断允许.		    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;     // 主优先级为1NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;            // 次优先级为0NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
#endifreturn 0;
}