如何使用ZPS-CANFD觀察CAN數據鏈路層的工作過程
2025-03-18
什么是數據鏈路層
在CAN總線應用中，物理層一致性測試成為各CAN總線廠家必測的校驗任務，以此來保證總線或節點產品有健康的信號質量。CAN總線的應用領域逐漸擴大，共模干擾、電磁干擾、信號衰減等影響總線通訊的因素也逐漸增強，數據傳輸過程中常常出現錯誤，而物理層只負責透明的傳輸結構的原始比特流，不能進行任何錯誤控制。
因此，當需要在一條線路上傳送數據時，除了必須有一條物理線路（鏈路）外，還必須有一些必要的規程來控制這些數據的傳輸。把實現這些規程的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路層（Data Link Layer）。
數據鏈路層主要由兩個部分組成， 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所示為目前國際標準"ISO 11898-1：2015（E）"中 數據鏈路層CAN的分層架構圖。
MAC子層
MAC子層是CAN協議的關鍵組成部分，主要負責將物理層接收到的信號組織成具有實際意義的信息，并管理錯誤控制等傳輸流程，MAC子層主要功能有以下幾點：
消息的幀化處理：將待傳輸的數據封裝成符合CAN協議的幀格式；
仲裁：通過非破壞性仲裁機制解決多個節點同時發送數據時的沖突；
應答：接收節點通過應答機制確認數據的正確接收；
錯誤的檢測和報告：檢測通信過程中的錯誤，并通過錯誤幀向其他節點報告。
在ZPS-CANFD中，我們可以通過報文解碼界面，清晰地看到幀格式，如仲裁場、應答場信息。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：
也可以通過報文接收窗口，觀察錯誤幀類型，如圖3所示：
LLC子層
LLC子層雖然在CAN協議標準中沒有明確劃分，但我們通常可以將幀過濾、報文重發等邏輯控制功能歸為LLC子層的范圍：
報文過濾：通過過濾器只保留想看的報文；
報文重發：在檢測到通信錯誤或未收到應答時，自動重發報文。
ZPS-CANFD中，擁有報文過濾的功能和出現錯誤幀時報文重發的機制，我們可以通過報文接收界面觀察只想看的報文以及觀察報文重發的過程以及重發報文的信息，如圖4所示為某報文文件過濾后的錯誤幀報文。
除此之外，ZPS還可以通過ID、DLC長度、幀類型、時間等等參數進行過濾，如圖5所示為自定義過濾編輯器。
在報文接收界面可以看到報文重發的過程，在總線負載率界面我們可以觀察到Busoff恢復過程，Busoff恢復是指當CAN節點發送錯誤計數器超過255次時，節點會進入Busoff狀態，為了避免某個設備因自身原因導致無法正確發送報文而不斷破壞總線的數據幀，CAN總線網絡具有嚴格的錯誤診斷功能。在ZPS中，可以卡光標來測量幀間隔從而知道Busoff恢復時間，如圖6所示：
總結
CAN總線協議的數據鏈路層是實現CAN通信的關鍵部分，它負責在物理層之上實現數據的可靠傳輸，通過幀同步、差錯控制、流量控制和訪問控制等功能，CAN協議確保多個節點之間的高效、可靠通信。我們的ZPS-CANFD正好可以做到這幾點，協助我們觀察錯誤機制處理的過程，這些功能和機制共同構成了CAN總線協議強大的通信功能，使其在眾多領域得到廣泛應用。
