CAN 性能分析探究

1.CAN的可靠性

为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险，汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足够高，或者残留下来的数据错误足够低的话，这一目标不难实现。从总线系统数据的角度看，可靠性可以理解为，对传输过程产生的数据错误的识别能力。

残余数据错误的概率可以通过对数据传输可靠性的统计测量获得。它描述了传送数据被破坏和这种破坏不能被探测出来的概率。残余数据错误概率必须非常小，使其在系统整个寿命周期内，按平均统计时几乎检测不到。计算残余错误概率要求能够对数据错误进行分类，并且数据传输路径可由一模型描述。

如果要确定CAN的残余错误概率，我们可将残留错误的概率作为具有80～90位的报文传送时位错误概率的函数，并假定这个系统中有5～10个站，并且错误率为1/1000，那么最大位错误概率为10^-13数量级。例如，CAN网络的数据传输率最大为1Mbit/s，如果数据传输能力仅使用50%，那么对于一个工作寿命4000小时、平均报文长度为80位的系统，所传送的数据总量为9×10¹⁰个报文。

在系统运行寿命期内，不可检测的传输错误的统计平均小于10^-2量级。换句话说，一个系统按每年365天，每天工作8小时，每秒错误率为0.7计算，那么按统计平均，每1000年才会发生一个不可检测的错误。

2.CAN的实时性

报文的传输具有延迟，包括帧延迟、软件延迟、处理器延迟和总线访问延迟。理论上帧延迟来自于帧的长度和波特率，对于帧的长度还应当考虑填充位的影响。有人对最常用到的数据帧和远程帧做了分析，比较了标准和扩展两种格式下帧的传输延迟，认为扩展格式对于传输延迟时间的影响是巨大的，超过标准格式的30%。(www.xing528.com)

传输延迟时间是可变的，一是因为报文的优先级导致每次总线访问时间不同，二是因为由于数据本身的值引起填充位填充的数量不同，导致数据帧长度变化。

在绝大多数应用中，11位标识符提供的CAN对象（CAN Object）数量是足够的，而不必采用扩展格式的29位标识符。CAN对象的数量对于控制器延迟时间的影响超过数据长度。

CAN的动态行为决定于软件延迟，即CAN对象的数量和数据长度，这就是为什么CAN应用层的动态行为很大程度上依赖于配置（主/从、类型、数量、协议子集）的原因。要设计一个满足工业应用要求的CAN系统是可行的。总线超载仅仅在节点有故障的情况下才可能发生。工业过程常常是周期性的，要求周期性的数据传输。采用最短的过程周期时间可为每个对象保证最大的总线访问时间。对象值变化时CAN系统可以传输的比轮询或令牌系统更快。

另外，许多时间至关重要的应用场合都要求毫秒级精度的实时时钟。这在集中控制系统中是很容易利用标准定时装置实现的，然而在利用CAN总线连接大量传感器和执行器的分布式系统中就困难得多，因为没有全局的系统节拍（Global System Tick）。这个问题可以通过在保证充分的精度的条件下，同步所有节点的局部时钟来解决。

目前已有人设计和实现了一种CAN总线上的时钟同步协议，可以提供精度大约为20ms的全局时基，其协议简单且不受硬件限制，仅仅占用很小的带宽（＜20个报文/s）。如果需要，如在大规模的网络中，可以与诸如GPS卫星接收器的外部时钟同步。