错误检测和管理
在总线上发送或者接收数据时，若通信节点检测到错误，会主动发起错误帧。前面章节介绍到错误帧除了发送 6Bit 的错误标志外，可能会有 0 ~ 6 Bit 的错误标志重叠的情况。在介绍错误帧之前，首先需要了解 ISO 11898 标准中的位填充、错误类型及错误处理机制。
位填充 (Bit Stuffing)
ISO 11898 协议中规定，信号同步方式依赖于信号的边沿跳变，如果数据流中连续出现大量相同的逻辑电平（例如连续的 '1' 或连续的 '0'），会导致信号长时间不翻转。接收端此时将无法同步，导致采样点漂移，通信出错。 为解决上述问题，需要进行位填充，具体规则如下：
发送节点逻辑：在发送数据帧和远程帧时，在 SOF ~ CRC 字段内检测到连续 5 个相同极性的位时，会在其后自动插入一个极性相反的填充位（Stuff Bit）。
接收节点逻辑：在接收数据帧和远程帧时，在 SOF ~ CRC 字段内解码数据流时，如果检测到连续 5 个相同极性的位，会自动剔除（De-stuff）随后的那一个相反极性的位，从而恢复原始数据。如果第 6 为位电平和前 5 位相同，则视为填充错误。
示意图如下，填充标志位用橘色色块标记：
位填充示意图
错误类型
常见的错误类型如下表所示：
错误种类 |
错误原因 |
错误的检测范围 |
错误帧发送时机 |
检测单元 |
|---|---|---|---|---|
位错误 |
比较输出电平和总线电平（不含填充位），当两电平不一样时所检测到的错误。 |
|
下一位期间 (在检测到位错误的位之后，立即开始发送错误标志) |
发送单元 |
填充错误 |
在需要位填充的段内，连续检测到 6 位相同的电平时所检测到的错误。 |
|
下一位期间 (在检测到第 6 个连续相同位的时刻，立即开始发送错误标志) |
接收单元 |
CRC 错误 |
从接收到的数据计算出的 CRC 结果与接收到的 CRC 序列不同时所检测到的错误。 |
|
ACK 界定符之后 (在 ACK 界定符位之后，即 EOF 的第一位位置开始发送) |
接收单元 |
格式错误 |
检测出与固定格式的位段相反的格式时所检测到的错误。 |
|
下一位期间 (例外：如果是在 CRC 界定符检测到的格式错误，看作 CRC 错误，在 ACK 界定符后发送) |
发送单元 接收单元 |
ACK 错误 |
发送单元在 ACK 槽 (ACK Slot) 中检测出隐性电平时所检测到的错误（未收到接收节点的 ACK 显性电平 0）。 |
|
ACK 界定符之后 (在 ACK 界定符位之后，即 EOF 的第一位位置开始发送) |
发送单元 |
错误帧发送时机：
立即发送 (Next Bit):
位错误、填充错误、格式错误（绝大多数情况）一旦被检测到，节点会在下一位立即破坏当前传输，发送错误帧。这保证了数据的一致性，防止错误的扩散。
延迟发送 (After ACK Delimiter):
CRC 错误和 ACK 错误是在 ACK 界定符之后才发送错误帧。
CRC 错误： 接收节点虽然在 CRC 校验阶段就算出了错误，但它不会立即报错，而是会先发送一个 ACK（如果格式正确），或者不发送 ACK，等到 ACK 界定符结束后，才在 EOF 阶段拉低总线报错。这样做是为了不破坏其他可能正确接收到数据的节点的 ACK 过程。
ACK 错误： 发送节点发现没人应答（ACK Slot 为隐性），它会在 ACK 界定符之后发送错误帧。
备注
位错误不会发生在 ID 仲裁段、 ACK 槽以及发生被动错误时：
ID 仲裁阶段如果发送 1 但是收到 0，则认为仲裁丢失
ACK 槽位，发送端发送隐性电平 1，读回时仍然是 1，表明未收到应答
节点发送被动错误标志（连续 6bit 隐性位），却回读到显性位，不认为是位错误。
在 EOF 最后 1 bit 出现显性位，发送过载帧，而不是错误帧。
发送节点的产生错误一般有：位错误、格式错误、ACK 错误
接收节点的产生错误一般有：填充错误、格式错误、CRC 错误
错误处理机制
当 CAN 通信节点检测到错误时，根据内部错误计数器（TEC 和 REC）的数值变化，会在以下三种状态之间自动切换。
错误状态跳转
备注
TEC: 发送错误计数器 (Transmit Error Counter)
REC: 接收错误计数器 (Receive Error Counter)
下表总结了各状态的进入条件及行为特性。
错误状态 |
进入条件 (阈值) |
错误标志类型 |
通信与行为特性 |
|---|---|---|---|
主动错误 (Error Active) |
TEC ≤ 127 且 REC ≤ 127 |
主动错误标志 (6 个连续显性位) |
|
被动错误 (Error Passive) |
TEC > 127 或 REC > 127 |
被动错误标志 (6 个连续隐性位) |
|
总线关闭 (Bus Off) |
TEC > 255 |
无 (禁止发送) |
|
错误计数器的变动在检测到错误标志的 第一位 时触发，一次数据发送/接收可能同时满足多个条件，错误计数值可能被多次调整。下表列出了计数规则变动条件：
序号 |
触发条件 |
TEC |
REC |
|---|---|---|---|
1 |
接收器检测到错误（在发送主动错误标志或过载标志期间检测到的位错误除外）。 |
— |
+1 |
2 |
接收器在发送错误标志后，检测到的第一个位为显性位。 |
— |
+8 |
3 |
发送器发送错误标志。 |
+8 |
— |
4 |
发送器在发送主动错误标志或过载标志期间检测到位错误。 |
+8 |
— |
5 |
接收器在发送主动错误标志或过载标志期间检测到位错误。 |
— |
+8 |
6 |
任何节点在发送错误标志或过载标志后，检测到过量的连续显性位：
|
+8 |
+8 |
7 |
发送器成功发送一帧（成功获得 ACK 并且直到 EOF 完成都没有错误）。 |
若 > 0 则 -1； 若 = 0 则不变 |
— |
8 |
接收器成功接收一帧（在 ACK 槽之前无错误，且成功发送显性 ACK 位）。 |
— |
若 1 ≤ REC ≤ 127，则 -1； 若 = 0，则不变； 若 > 127，置为 119 ~ 127 之间 |
10 |
总线关闭恢复（检测到 128 次 × 11 个连续隐性位） |
置 0 |
置 0 |
第三种情况存在例外：
发送器处于被动错误状态，因 ACK 槽未检测到显性位产生 ACK 错误，且在发送被动错误标志时未检测到显性位。
发送器因仲裁期间的填充错误发送错误标志（除非该违规位本应是隐性但被监测为显性，此时 TEC 仍增加 8）。
发送错误帧
错误标志未重叠：下图 错误标志未重叠 展示了节点 A 发送时检测到“位错误”，然后节点 B 检测到连续 6 个相同的显性电平产生“填充错误”，此时总线上节点 A 的错误标志位和节点 B 的错误标志位并未重叠
错误标志未重叠
错误标志重叠：下图 错误标志重叠 展示了节点 A 产生了“位错误”，节点 B 检测到连续 6 个相同的显性电平，产生填充错误。两个节点的主动错误标志重叠 2 位，剩下部分还有 4 位。
错误标志重叠
发送过载帧
过载帧的标志位是连续 6Bit 的显性电平 0，会破坏总线上其他节点的发送过程，导致其他节点不能正常发送报文，变相推迟了其他节点的发送。 以下三种情况下需要发送过载帧：
接收节点内部未就绪：接收节点由于自身处理速度限制或缓冲区限制，尚未准备好接收下一帧数据，会在帧间隔（Intermission）的第一位发送过载帧，强行拉长空闲时间。
接收节点在帧间隔（Intermission）的第 1 位或第 2 位检测到显性位 ：正常的帧间隔应至少包含 3 个连续的隐性位。若在前两位出现显性位，通常意味着有节点提前发送了报文（时序错误）或总线出现了干扰。此时节点会发送过载帧来处理这种异常同步。
接收节点在错误界定符 (Error Delimiter) 或 过载界定符 (Overload Delimiter) 的 第 8 位（最后一位）检测到了显性位 (Dominant, 0)：界定符的标准格式是 8 个连续的隐性位。如果在最后一位检测到显性位，被视为下一帧报文过早开始（或者前一帧未能正确结束）。在这种特定情况下触发的过载帧，不会增加节点的错误计数器。
帧结束 (EOF) 最后一位检测到显性位 ：由于 EOF 前 6 位已通过检查，协议判定 当前帧接收有效 (Valid)，不作为格式错误处理。
备注
错误计数器：过载帧的发送是“无害”的，它 不会 增加节点的发送错误计数器 (TEC) 或接收错误计数器 (REC)。
数量限制：为了防止总线被永久阻塞，控制器通常限制连续发送过载帧的次数（通常最多允许 2 帧延时）。
