第3章：CAN FD 位时间与采样点

做 CAN 或者 CAN FD 开发，说白了就是在跟时间做游戏。你想想看，一根总线上挂了好几个节点，大家得在同一个节拍里说话，谁都不能抢拍子或拖拍子。这个节拍怎么定义的？就是位时间。

3.1 位时间的组成

CAN FD 的位时间跟经典 CAN 很像，分成四个段。我拿我调试的一个 500 kbps 项目来举例：

• 同步段 (Sync Seg)：固定 1 个 TQ（Time Quantum，时间量子）。用来让所有节点对齐时钟边沿。简单讲，总线上的跳变沿必须落在这个段里。
• 传播段 (Prop Seg)：补偿物理延迟，包括驱动器、线缆、接收器。长度一般在 1~8 个 TQ。我个人习惯先取 2~3 个 TQ，然后根据实测再调。
• 相位缓冲段 1 (Phase Seg 1)：采样点之前，用于补偿边沿相位误差。可重同步时延长。长度 1~8 个 TQ。
• 相位缓冲段 2 (Phase Seg 2)：采样点之后，用于补偿边沿相位误差。可重同步时缩短。长度 1~8 个 TQ。
• 采样点 (Sample Point)：位于 Phase Seg1 和 Phase Seg2 之间。

整个位时间 T_bit = (Sync + Prop + Phase1 + Phase2) × TQ。每个 TQ 的时间由系统时钟分频得到。

3.2 采样点设置与计算

采样点位置 = (Sync + Prop + Phase1) / (Sync + Prop + Phase1 + Phase2) × 100%。对 CAN FD 来说，官方推荐的数据段采样点靠近 70%~80%，仲裁段保持一致。

我在项目里踩过一个坑：某次把采样点设到了 85%，结果低速时没问题，换了个温湿度环境就开始丢帧。后来发现线缆长了 3 米，相位裕量不够。嗯，所以我现在都老老实实卡在 75%~80% 之间。

3.3 时间量子 TQ 的计算

TQ 由 CAN 控制器内部的晶振分频得到。公式很简单：TQ = 1 / (fclock / (BRP+1))，其中 BRP 是波特率预分频系数。

举个例子，系统时钟 80 MHz，目标位时间 1 µs（对应 1 Mbps），那我需要总 TQ 个数 = 位时间 / TQ。假如每个 TQ 是 12.5 ns，那么 1 µs / 12.5 ns = 80 个 TQ。80 TQ 够分给四个段，很舒服。

注意：BRP 分频系数越小，TQ 越精细，但分频器抖动也小一些。我一般习惯用 BRP=0 或 1，这样 TQ 数目多，段分配更灵活。

3.4 位时间配置的避坑指南

• 同步跳转宽度 (SJW) 别太大：SJW 决定了一次重同步能调整多少个 TQ。设得太大会把采样点拉偏，我见过有人设成 4 TQ，结果总线抖动一大就直接超时。一般 SJW 取 1~2 TQ 就够了。
• 不要忽略传播段：有次我同事把传播段设为 0，想着省 TQ。结果线长 10 米，信号来回延迟刚好卡在同步段边上，导致丢帧。最后加了 2 TQ 传播段才稳定。
• CAN FD 数据段要单独设置：仲裁段 1 Mbps，数据段 5 Mbps，不能共用一套位时间参数。很多初学者一个配置通吃两段，会出大问题。

3.5 知识脉络图

下面这张图把位时间、采样点、TQ 计算、段分配串了起来。你可以把它存下来，以后配置位时间时当速查表用。

// 仲裁段：500kbps = 2 us位时间，TQ=50ns => 40 TQ
// Sync=1, Prop=3, Phase1=12, Phase2=24 -> 采样点 (1+3+12)/40=40% → 不对，改为：
// 重新算：若采样点75%，需要总TQ=40，T_{sync+prop+phase1}=30，所以Phase2=10
// 配置为：Sync=1, Prop=3, Phase1=26, Phase2=10 → 采样点=30/40=75%

CAN_FD_InitTypeDef canfd_conf = {
  .Prescaler = 1,         // BRP = 1 => TQ = 2 * 50 ns = 100 ns (时钟80MHz)
  .SyncJumpWidth = 2,
  .Seg1 = 26,             // Prop+Phase1
  .Seg2 = 10,
  .DataPrescaler = 0,     // 数据段分频
  .DataSeg1 = 12,
  .DataSeg2 = 5,          // 数据段采样点 ≈ 77%
  .Mode = CAN_FD_MODE
};