CAN总线如何保障低优先级数据不被饿死？

电子设计联盟

uv0tz4vuv0s64012787303.gif

4 b# h. t3 G) Z  y8 X! m点击上方蓝色字体，关注我们

在仲裁过程中，所有节点同时监视总线信号。
) g- a, {5 z. k2 ~0 W* F
/ o. |& i+ J! X7 B4 x; C当一个节点在发送过程中检测到总线上的信号与自己发送的不同（自身发送“1”却检测到“0”），它会立即退出仲裁，转为监听状态。

9 X* U2 ?! A( v- I9 D最终，优先级最高的节点赢得仲裁，成功发送数据。

这种机制保障了总线的高效利用，但也带来了低优先级帧可能长期无法发送的风险。

在极端情况下，如果高优先级帧的发送间隔小于或等于低优先级帧的发送间隔，低优先级帧会持续在仲裁中失败。这种情况称为“总线饥饿”或“优先级反转”问题。

例如：高优先级帧每5ms发送一次。低优先级帧每10ms发送一次。

如果两个帧同时到达发送队列，高优先级帧将总是赢得仲裁，导致低优先级帧可能永远无法发送。
6 Z' g' o- \# [/ k6 N1 {# |
$ t* w, @" ?5 ~/ @CAN协议本身并未直接解决优先级反转问题，因此需要通过系统设计和应用层协议来确保低优先级帧的发送。
* @; _  b2 W7 @  m# \4 R% }
/ W+ ^* W- V# z$ W0 d) P但可以通过以下措施解决：
$ ^6 q8 \, b. I1
时间触发通信调度（TTC）
: i3 \" a) X; W- R9 }" o时间触发通信调度通过预定义的时间表，确保各个节点在特定的时间段内发送帧。如下：
/ z8 A* J, e: d; t8 k6 B  s

周期性帧调度：定义不同优先级帧的发送周期，确保每帧都有机会发送。例如，可以在5ms内分配若干时间窗口给高优先级和低优先级帧。

发送时间偏移：在节点内引入发送时间偏移，使得高优先级帧和低优先级帧发送时不会总是同时触发仲裁。
% k5 ^. r% ^. ?6 I7 N7 `2 v: P
3 T: b" l8 l) X) H! Z3 h; O2
. _% c+ Q% M2 i+ c1 C软件死锁检测与重传机制
4 n' L5 h* A" C) T节点内部的软件可以检测低优先级帧长时间未成功发送的情况：如果检测到帧长期饥饿，可以通过人工增加重发频率或强制暂停高优先级帧的发送，给低优先级帧留出发送机会。
3
: g! r' x; W3 S1 q$ p3 Y, R动态优先级调整
某些应用层协议（如CANopen或J1939）允许动态调整帧的优先级。例如：在低优先级帧因饥饿而长期无法发送时，可以暂时调高其优先级。一旦发送成功，恢复其正常优先级。
: _3 a# D8 A) K& t4
6 M' K0 j0 ]9 O, I( TCAN FD的应用
; X7 c" U6 y/ t  I. j对于数据量较大的应用，可以考虑CAN FD（Flexible Data-rate）：通过较大的数据负载能力减少帧数量，从而降低仲裁冲突概率。结合时间触发模式进一步优化调度。
" C; k9 O! I# P) S; a/ c  R
* _$ c  w9 J9 A5
9 a) m+ O9 s- M. Y& y4 E$ f! s1 U帧合并技术
1 X6 B2 v; M/ _' c4 p3 K2 j在应用层中，可以将多个低优先级数据帧合并为一个帧，减少仲裁失败的次数。
1 x% M/ \+ V- U# u) i- e
通过协议层和应用层结合设计，低优先级帧可以被可靠地发送出去，保证系统的整体性能和稳定性。

tpcxnm0cwuh64012787404.jpg

lg2kxsn550l64012787504.gif

点击阅读原文，更精彩~