幀格式

??在 CAN 總線中，為了確保足夠的轉換以保持同步，在相同極性的 5 個連續位之后使用位填充。下面以 標準格式來進行說明，先看下面標準格式的幀的圖示：

在某些文檔中，將 CAN 幀分為以下部分：

• Header ( H )： 由 Start of Frame (SOF) 、 Arbitration Field、 Control Field 組成。
• Data field ( D )： 即數據域
• CRC field ( R )： 即 CRC 域的 CRC 部分。其內容由 CAN 控制器在運行時計算，因此不能由應用程序直接修改。
• Unstuffed trailer ( U )： i由 CRC delimiter、the ACK slot、the ACK delimiter、the End of Frame (EOF) field. 組成。

位填充

??BOSCH CAN2.0 規范規定，DATA FRAME 或 REMOTE FRAME 中的位字段 START OF FRAME，ARBITRATION FIELD，CONTROL FIELD，DATA FIELD 和 CRC SEQUENCE 都需要通過比特填充的方法編碼。 每當發送器在要發送的比特流中檢測到相同值的五個連續比特時，則自動在實際發送的比特流中插入一個相反的比特位，這種方法被稱為位填充。

??DATA FRAME 或 REMOTE FRAME 的剩余位字段 CRC DELIMITER，ACK FIELD 和 END OF FRAME 是固定的格式，不需要填充。 ERROR FRAME 和 OVERLOAD FRAME 也是固定格式，不通過位填充方法編碼。
??消息中的比特流根據不歸零（Non-Return-to-Zero，NRZ）法進行編碼。這意味著在總比特時間內，生成的比特電平要么是“顯性”要么是“隱性”。下圖為一個填充示意圖：

??在使用比特填充的字段中，相同極性的六個連續比特（111111或000000）被認為是錯誤。 當檢測到錯誤時，節點可以發送主動錯誤標志。 主動錯誤標志由 6 個連續的比特位的顯性電平組成，這違反了位填充規則。
??位填充方案的一個副作用是，接收到的消息中的少量位錯誤可能會破壞解填充過程（接收器需要去除填充位），從而導致大量錯誤在解填充消息中傳播。這降低了 CRC 針對原始錯誤提供的保護級別。該協議的不足之處已經在 CAN FD 幀中得到了解決，具體方法是 通過使用固定填充比特和記錄插入的填充比特數的計數器的組合。

幀長度

??在位填充之后，CAN 幀的大小將增大。填充位本身可以是五個連續相同位中的第一個，因此在最壞的情況下，每四個原始位有一個填充位。幀大小可以使用如下公式表示：

• s：由控制域中 DLC 定義的數據域的長度
• 8s：數據域的 比特位 數
• 47：從 SOF 開始到幀間隔（3個比特位的隱性電平），除去數據域部分（8s 單獨表示）
• 8s + 47：表示填充之前幀的大小。
• 34：根據規范的要求，可能受到位填充的位的數量。去除了不可填充的部分和某些固定位。在最壞情況下，原數據除了第一個 4 位后，在每個 4 位后增加 1 位（所以分子減去 1）

歸零編碼(RZ)和不歸零編碼(NRZ)

??無論是歸零編碼（return-to-zero，RZ）還是不歸零編碼（non-return to zero，NRZ），信號都是在正 (+V) 和負 (- V) 電壓之間交替。邏輯1 表示正電壓下的信號，邏輯 0 表示負電壓下的信號。然而，在 NRZ 方法中，從邏輯 0 到邏輯 1 的轉換（反之亦然），直接跨越零電壓電平，而在 RZ 方法中，轉換暫時停留在零電壓電平上。如下圖所示：

??在光通信中，術語 RZ 和 NRZ 使用與以上含義不同，因為沒有負光。NRZ 意味著邏輯值 1 (光脈沖)的一個位在位周期的邊界上改變它的值(從光到無光或反之亦然)。相反，RZ 表示光脈沖比比特周期窄。在光信號中，邏輯 1 導通大約三分之一的位周期并且關閉大約三分之二。 邏輯 0 在比特周期的三分之二時間內保持關閉狀態。

雙極信號和單極信號

??雙極信號（bipolar signal） 是一個三電壓級的信號，通常在正電壓和負電壓之間搖擺。雙極信號可以是 RZ 或 NRZ。在數字雙極信號中，正電壓和負電壓交替出現。這導致輸電線路上的零直流分量。
??單極信號（unipolar signal） 是一種兩級信號，通常在零級和正級之間波動。單極信號被認為是一種開關信號，可以應用于電信號或光學信號。在電力傳輸中，假設統計上有相同數量的1和0，那么直流分量可能達到峰值正電壓的一半。對于長距離傳輸，這種直流分量是不可取的。在光學傳輸中，單極信號也稱為開關鍵控。

??還有一類是多級信號。在這種情況下，可以使用幾個電壓電平(例如，8)，每個電平對應8個代碼中的一個。盡管多級信號由于其固有的編碼壓縮特性而具有很大的吸引力，但它們并不用于通信網絡的傳輸。在光傳輸中，不存在多電平信號。

48/58, 88/108 CODING

??4B/5B 代碼將 4 位轉換成 16 個預定的 5 位代碼之一。 因此，即使原始的 4 位代碼是 0000，它也被轉換為 5 位非全零代碼。 此方法避免在任何代碼中都包含所有零。它也可以設計成連續模式避免某些字符串。 4B/5B 意味著轉換后的初始 1 Gb/s 比特率由于增加了比特而增加到 1.25 Gb/s。 也就是說，有 25％ 的開銷帶寬損失。 類似地，8B/10B 代碼將 8 位轉換成 256 個預定的 10 位代碼之一。 帶寬損失也是25％。

參考

維基百科—— CAN BUS

BOSCH CAN2.0 規范 Part A 部分

Preventing bit stuffing in CAN - Gianluca Cena, Ivan Cibrario Bertolotti, Tingting Hu, and Adriano Valenzano, CNR-IEIIT

Using bit-stuffing distributions in CAN analysis - Thomas Nolte, Student member, IEEE, Hans Hansson, Member, IEEE, Christer Norstr?m, Member, IEEE, Sasikumar Punnekkat, Member, IEEE

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CAN 总线 之六 BOSCH CAN 比特位填充（编码规则）、归零编码(RZ)和不归零编码(NRZ)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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