CAN总线自诞生之日起就在汽车领域得到了广泛应用，如今更是占据了车内通讯网络的绝对地位。那么到底是什么原因使得各汽车厂家纷纷采用CAN总线呢？我想除了CAN总线的结构简单、成本低廉外，CAN总线通信的可靠性是很重要的因素。CAN协议规定了物理层和数据链路层，本文就从数据链路层的角度来分析一下CAN总线的抗干扰机制。

1. 位填充

CAN总线的位填充是在以前的位填充做法的基础上发展起来的。在高级数据链路控制规程(HDLC)中用01111110作报头与报尾的标志位；在其它部分为了不致引起误解，采用每连续5个“1”之后填入一个“0”的办法，接收后将填入的“O”去掉。CAN总线不仅在连续5个“1”之后填入1个“0”，而且在5个“0”之后填入1个“1”，接收后将填充位丢掉，如下图所示。这种机制不但为报错机制(报错帧)创造了条件，而且还有两个对信号传递有利的方面：一是为CAN总线的位同步创造了较短的同步间隔，有利于提高同步精确度；二是有利于在总线上引入适时的反向放电，减少总线长期同一极性充电造成的物理层误判。

2. 总线电平回读

CAN总线发送节点能够在发送1位的同时把它从总线上读回来，其它总线则没有这个功能。这个功能提供了无损仲裁的基础，让高优先级报文获得在总线上继续传输的权力；同时，增强了发送节点尽早检测错误的能力，一旦有错就可发送报错帧并停止原来帧的发送，节省了出错后无用部分的继续传送带宽。

3. 错误约束

CAN总线对错误的检测主要是编码与解码的过程，例如bit错、填充错、ACK错、CRC错和格式错。CAN总线对瞬态故障与永久性故障采用分类的约束办法。有错时错误计数器增加快，正常时错误计数器减少慢，按错误计数器的值把节点分为主动错误状态、消极错误状态和离线状态。处于消极错误状态的节点有可能无法正确接收报文。出错过于频繁时把有永久性故障倾向的节点关闭，虽然被关闭的节点失去了通信能力，但不会影响其它节点间的通信，这不失为一种有效的故障时性能逐步退化的策略。

4. 短帧结构

报文的出错概率与帧长成比例关系，报文越长在总线上传输的时间越长，就越容易受到干扰；报文越短在总线上传输的时间越短，就越不容易受到干扰。CAN总线采用短帧报文结构，数据段只有8个字节，加上其他辅助位也不过100多位，这使得CAN报文在总线上的传输时间很短，不容易受到干扰。如下图所示为标准帧和扩展帧在总线上以1Mbps速率传输所需要的时间。

从上图看出，标准帧在总线上的传输时间最长为123us，扩展帧在总线上的传输时间最长为146us，这个传输时间比大多数协议的传输时间都要短，大大降低了报文在总线上被干扰的概率，提高了总线可靠性。

以上从数据链路层的层面分析了CAN总线的抗干扰机制，包括位填充、总线电平回读、错误约束和短帧结构等，这些措施降低了CAN报文在总线上传输时的出错概率，提高了总线稳定性的同时也提高了总线带宽利用率，为汽车电子控制系统提供了稳定可靠工作的条件。