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[導(dǎo)讀]本文介紹了如何利用CAN采樣點(diǎn)測(cè)試方案,有效提高CAN網(wǎng)絡(luò)通信成功率。



CAN總線廣泛應(yīng)用于汽車電子、軌道交通、醫(yī)療電子等領(lǐng)域,保障CAN節(jié)點(diǎn)間穩(wěn)定通信變得尤其重要。本文將介紹如何利用CAN采樣點(diǎn)測(cè)試方案,有效提高CAN網(wǎng)絡(luò)通信成功率。


為什么要進(jìn)行采樣點(diǎn)測(cè)試?

為了保證有效的通信,對(duì)于一個(gè)只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò),其兩邊距離不超過(guò)最大的傳輸延遲和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘容差能夠正確地接收和解碼每個(gè)傳輸?shù)南?,這需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能對(duì)每個(gè)位正確采樣。


CAN總線的每一幀可以看作一連串的電平信號(hào)。大多數(shù)設(shè)備使用單點(diǎn)采樣,也就是在一個(gè)位時(shí)間內(nèi)從采樣點(diǎn)的位置讀取一個(gè)電平信號(hào),以此確定這個(gè)“位”的顯隱性。在CAN網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的采樣點(diǎn)位置不一樣時(shí),由于總線過(guò)長(zhǎng)引起的通信延遲或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)總線的干擾,就容易發(fā)生讀取的電平不一致現(xiàn)象,產(chǎn)生CRC錯(cuò)誤報(bào)文。為了提高CAN網(wǎng)絡(luò)的通信成功率,各節(jié)點(diǎn)的采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置一致。


如何計(jì)算采樣點(diǎn)?

在講采樣點(diǎn)之前,我們先了解一下位時(shí)間的相關(guān)定義。一個(gè)位時(shí)間可以看作一條水平的時(shí)間軸,一般分為四個(gè)段,如圖1:

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖1 位時(shí)間圖


  • 同步段:通過(guò)此段實(shí)現(xiàn)時(shí)序調(diào)整,一個(gè)位的輸出從同步段開始;用于同步總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn),跳變沿產(chǎn)生在此段內(nèi);通常為1Tq;

  • 傳播段:用于補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)傳播的物理延遲;傳播段長(zhǎng)度應(yīng)能保證2倍的信號(hào)在總線的延遲;其長(zhǎng)度可編程(1-8Tq);

  • 相位緩沖段1和相位緩沖段2:重同步在此段作用,用于補(bǔ)償細(xì)微的時(shí)鐘誤差。作用方式為加長(zhǎng)相位緩沖段1或者縮短相位緩沖段2;

  • Tq:是指一個(gè)最小時(shí)間量子,來(lái)源于對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘可編程的分頻;

  • 時(shí)間段1:為了方便編程,許多CAN模塊將傳播段和相位緩沖段1合并為一個(gè)時(shí)間段(TSEG1)。


根據(jù)圖1,采樣點(diǎn)的計(jì)算公式如下:

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

公式1


解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

公式2


Prescaler:波特率分頻系數(shù)

例:時(shí)鐘頻率為8M,Prescaler = 2,Tseg1 = 13,Tseg2 = 2;

由公式2可得:波特率 =  8M/((1+13+2)*2)=250K;

由公式1可得:采樣點(diǎn)=(1+13)/(1+13+2)=87.5%;

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖2 采樣點(diǎn)配置


由圖2可以看出:在同一波特率的條件下,Tseg1、Tseg2、Prescaler有不同的組合,不同的組合有不同的采樣點(diǎn)配置,可自行配置適合采樣點(diǎn)位置。


CANDT采樣點(diǎn)測(cè)試的測(cè)試原理是什么?

連接CANDT設(shè)備和電腦后,再在電腦上打開CANDT軟件,選中“采樣點(diǎn)”并設(shè)置好對(duì)應(yīng)的參數(shù),然后開始測(cè)試即可進(jìn)行采樣點(diǎn)的測(cè)試,如圖3,最終的測(cè)試結(jié)果為:84%。

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖3 CANDT測(cè)試結(jié)果


CANDT測(cè)試原理及過(guò)程如下:

1、用CANScope發(fā)送ID 為0的報(bào)文100幀,在此報(bào)文的第一個(gè)ID位(1注1)的0%處施加一個(gè)寬度為27%位寬(2注2)的干擾(如圖4),記錄這100幀報(bào)文中出現(xiàn)的錯(cuò)誤幀數(shù),但由于此時(shí)距離采樣點(diǎn)位置較遠(yuǎn),暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀。

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖4 干擾1


2、27%位寬的干擾逐漸以1%位寬的步進(jìn)向右移動(dòng),在干擾的右邊沿快靠近采樣點(diǎn)時(shí)(如圖5),由于通信延遲的關(guān)系,此時(shí)采到的電平和CANScope發(fā)送的不一致了,導(dǎo)致DUT接收到的CRC校驗(yàn)和DUT計(jì)算的CRC校驗(yàn)不一致,DUT就會(huì)主動(dòng)發(fā)出錯(cuò)誤幀,把每一個(gè)不同干擾位置的錯(cuò)誤幀數(shù)記錄下來(lái)。從此刻開始,繼續(xù)往右步進(jìn),錯(cuò)誤幀數(shù)也會(huì)有所增加。

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖5 干擾2


3、繼續(xù)步進(jìn),當(dāng)干擾的左邊沿位置過(guò)了采樣點(diǎn)后(如圖6),此時(shí)DUT就不會(huì)再出現(xiàn)錯(cuò)誤幀了。因此,最后一個(gè)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀的位置就是我們想要知道的采樣點(diǎn)位置。

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖6 干擾3


解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試注意事項(xiàng)
解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試


1、確保CAN總線上的終端電阻為60Ω。當(dāng)CAN總線上終端電阻為120Ω或其他值時(shí),雖然在正常情況下可以通信,但在采樣點(diǎn)測(cè)試時(shí),會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。


2、采樣點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中不允許DUT發(fā)送報(bào)文,因?yàn)椴捎玫氖前l(fā)送100幀報(bào)文和檢測(cè)錯(cuò)誤幀的方法,DUT發(fā)送報(bào)文會(huì)造成判斷的誤差,影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。


CAN一致性測(cè)試系統(tǒng)——CANDT

CANDT是基于CANScope強(qiáng)大的CAN總線底層測(cè)試分析基礎(chǔ),配備必要的電壓源、PLC等核心外圍設(shè)備,可自動(dòng)化完成汽車零部件CAN節(jié)點(diǎn)物理層、鏈路層及應(yīng)用層測(cè)試的CAN一致性測(cè)試設(shè)備。


物理層測(cè)試的目的是驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)及測(cè)試系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)、物理電平特性等方面的性能,就是保證節(jié)點(diǎn)能夠正確連入總線的基礎(chǔ),其測(cè)試內(nèi)容包括電阻電容特性、節(jié)點(diǎn)差分電阻、故障容錯(cuò)測(cè)試、CAN線上的物理電平特性等等。


數(shù)據(jù)鏈路層的測(cè)試目的是保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊參數(shù)能夠保持一致性,所組成的網(wǎng)絡(luò)能夠正常有效的工作,內(nèi)容包括位定時(shí)測(cè)試、采樣點(diǎn)測(cè)試、SJW測(cè)試等等,節(jié)點(diǎn)測(cè)試完成后,可自動(dòng)化導(dǎo)出詳細(xì)CAN一致性測(cè)試報(bào)表,準(zhǔn)確判斷節(jié)點(diǎn)工作情況,一目了然。


解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖7  CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)

 

解讀CANDT測(cè)試項(xiàng)——采樣點(diǎn)測(cè)試

圖8  一致性測(cè)試報(bào)表


本文釋:


1注1:第一個(gè)ID位是SOF后的第一個(gè)位,干擾此位能有效減少重同步帶來(lái)的誤差。

2注2在三點(diǎn)采樣的情況下,要干擾到2個(gè)采樣點(diǎn)才能使干擾生效,由圖1可得一個(gè)位時(shí)間的時(shí)間量子(Tq)最小為4個(gè),所以2個(gè)采樣點(diǎn)之間的距離最大為1/4。所以保證干擾寬度大于25%位寬即可。



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