Арбитраж шины
Арбитраж шины — правило, по которому несколько передатчиков, начавших передачу одновременно, выясняют, кто продолжит. В CAN и I2C он происходит прямо во время передачи, побитно и без потери данных победителя.
Обновлено Редакция GAW
Арбитраж шины (bus arbitration) — механизм, по которому узлы на общей шине без единого ведущего решают, кто из одновременно начавших передачу её продолжит. В CAN и I²C он построен на свойстве линии, когда один уровень сильнее другого: доминантный уровень перекрывает рецессивный. В CAN доминантный — логический 0, который активно создаёт передатчик, рецессивный — 1, когда никто не передаёт. В I²C то же даёт схема с открытым стоком: ноль на линии, если её прижал хоть один выход.
Как проходит арбитраж
Все узлы, начавшие передачу одновременно, передают свои биты и сравнивают каждый с фактическим уровнем шины. Пока уровни совпадают, передача продолжается. Узел, который выдал рецессивную единицу, а увидел доминантный ноль, проиграл: он прекращает передачу и становится приёмником. Кадр победителя при этом не искажается и не задерживается.
| CAN | I²C | |
|---|---|---|
| Доминантный уровень | 0 (разность CAN_H − CAN_L около 2 В) | 0 (линия прижата к земле) |
| По чему идёт арбитраж | идентификатор и бит RTR | адрес и данные на SDA |
| Кто побеждает | меньший идентификатор | меньший адрес или данные |
Следствия для CAN
- Меньший идентификатор — выше приоритет. Приоритеты раздают по важности сообщений: в примере TI сообщения тормозной системы получают меньший идентификатор, чем указатели поворота.
- Идентификаторы передатчиков должны быть уникальными: если два узла отправят кадры с одинаковым идентификатором и разными данными, на первом несовпавшем бите данных возникнет ошибка бита.
На том же свойстве доминантного уровня построено подтверждение приёма: любой узел, принявший кадр без ошибок, выдаёт доминантный бит ACK. Подробно — в статьях о шине CAN и интерфейсе I²C; в I²C от арбитража зависит и выбор адреса устройства.
Частые вопросы
Почему в CAN меньший идентификатор важнее?
Ноль — доминантный уровень: если один узел передаёт 0, а другой 1, на шине будет 0. При одновременной передаче узлы сравнивают каждый свой бит идентификатора с уровнем шины, и тот, кто выдал рецессивную единицу, а увидел доминантный ноль, выбывает. Поэтому в первом несовпавшем бите побеждает ноль, и идентификатор из одних нулей выигрывает всегда.
Портится ли кадр при арбитраже?
Нет. Пока уровни совпадают, все узлы передают одно и то же; проигравший прекращает передачу на первом несовпавшем бите и становится приёмником, а кадр победителя идёт дальше без искажений и задержек. Проигравшие повторяют попытку, когда шина освободится.
Как проходит арбитраж в I2C?
Так же побитно, но по линии SDA и по адресу и данным. Каждый ведущий сверяет выставленный бит с уровнем линии; кто передал единицу, а увидел ноль, проиграл и отпускает SDA. Приоритетов нет: в первом несовпавшем бите выигрывает ноль, поэтому из двух адресов побеждает меньший.
Источники
- Robert Bosch GmbH. CAN Specification Version 2.0, 1991 — доминантный и рецессивный уровни, побитовый арбитраж по идентификатору и RTR; проигравший прекращает передачу
- NXP Semiconductors. UM10204: I2C-bus specification and user manual, Rev. 7.0, 2021 — синхронизация тактов и арбитраж по SDA при нескольких ведущих
- Texas Instruments. SLOA101B: Introduction to the Controller Area Network (CAN), S. Corrigan, 2002, ред. 2016 — пример приоритетов: сообщения тормозной системы с меньшим идентификатором
Нашли ошибку?