數據校驗是為保證數據的完整性進行的一種驗證操作。CAN通信采用CRC校驗作為一種重要的錯誤檢測手段,是節點判斷CAN幀信息的完整性并產生確認應答的依據。
在現場總線通信和控制的實際應用中,工業應用環境往往是極端的溫度以及電磁噪聲或是其他的惡劣環境,系統在這種條件下能否正常工作至關重要,試想一下倘若生產線設備發送的位置信息在傳輸過程出現了錯誤,輕則可能造成生產癱瘓,重則可能導致設備損壞甚至人員傷害。
在CAN總線通信過程中CAN控制器具備完整的錯誤檢測能力,其中包含:位錯誤檢測、格式錯誤檢測、填充錯誤檢測、應答錯誤檢測和CRC錯誤檢測。作為一種重要的錯誤檢測手段,CRC錯誤檢測是接收節點判斷CAN幀信息的完整性并向總線確認應答的依據。
常見的校驗方法
1、最簡單的校驗是數據發送后進行主動回讀,結果一致才確認傳輸成功,很顯然這種傳輸溝通的方式很直觀并非常精準,但是由于回讀的操作使得數據傳輸量翻倍,也就是傳輸對帶寬要求高且效率低下。
2、奇偶校驗,就是傳輸中使用額外1個位來記錄傳輸數據二進制數中1的個數是奇數還是偶數,這個方案適合絕大多數硬件,傳輸開銷適中,因此被廣泛使用,例如常見的串口通信。
3、累加和校驗,該算法原理是對數據逐一進行累加后得到一個數值,接收方在接收數據同時也進行數據的累加并最終與發送過來的累加和進行比較,該算法計算簡單,無論在硬件或是軟件實現都能保證較高的效率,常用于低速串行數據通信校驗和芯片代碼的完整性判斷。
4、CRC檢驗,該算法是基于一個多項式除法取余的結果,其根據位數需求和多項式變化有數十種版本,憑借其硬件實現簡單,位反轉偵錯能力較強及運算開銷適中的優點被廣泛應用與數字網絡傳輸以及數據存儲領域,如磁盤數據校驗、USB、GSM/CDMA通信,在計算機應用中經常接觸到的RAR和ZIP文件的壓縮/解壓數據完整性檢查也采用了該算法。
5、MD5、SHA為代表的信息摘要校驗,數據摘要算法也被稱為哈希(Hash)算法、散列算法,摘要算法用于數據量比較大的場合。它通過對所有數據提取指紋信息以實現數據簽名、數據完整性校驗等功能,由于其不可逆性,有時候會被用做敏感信息的加密,如軟件注冊授權文件的內容保護,還有經常遇到的互聯網下載大文件(例如大小到GB級別的ISO鏡像)通常會帶有MD5、SHA1等信息方便用戶檢查傳輸數據的完整性。
CAN幀中的CRC檢驗
1、CRC域在CAN幀中的位置
圖1
如圖1橙色塊方框所示,一個傳統CAN幀結構中,CRC域放置在數據結束后應答檢測之前,對于CAN FD也是相同的位置,該信息對于用戶應用界面來說是不可見的,可以通過CANscope總線分析儀解碼窗口或者帶有CAN協議解碼能力的示波器從總線模擬波形上得到對應的CRC數據展示,見圖2。
圖2
2、CRC的在CAN幀中的生成