如何利用CAN采樣點測試方案提高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采樣點測試方案，有效提高CAN網(wǎng)絡(luò)通信成功率。

為什么要進行采樣點測試？

為了保證有效的通信，對于一個只有兩個節(jié)點的CAN網(wǎng)絡(luò)，其兩邊距離不超過最大的傳輸延遲和每個節(jié)點的時鐘容差能夠正確地接收和解碼每個傳輸?shù)南?，這需要每個節(jié)點都能對每個位正確采樣。

CAN總線的每一幀可以看作一連串的電平信號。大多數(shù)設(shè)備使用單點采樣，也就是在一個位時間內(nèi)從采樣點的位置讀取一個電平信號，以此確定這個“位”的顯隱性。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)每個節(jié)點的采樣點位置不一樣時，由于總線過長引起的通信延遲或現(xiàn)場對總線的干擾，就容易發(fā)生讀取的電平不一致現(xiàn)象，產(chǎn)生CRC錯誤報文。為了提高CAN網(wǎng)絡(luò)的通信成功率，各節(jié)點的采樣點應(yīng)設(shè)置一致。

如何計算采樣點？

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

圖1 位時間圖

同步段：通過此段實現(xiàn)時序調(diào)整，一個位的輸出從同步段開始；用于同步總線上的各個節(jié)點，跳變沿產(chǎn)生在此段內(nèi)；通常為1Tq；

傳播段：用于補償信號通過網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點傳播的物理延遲；傳播段長度應(yīng)能保證2倍的信號在總線的延遲；其長度可編程（1-8Tq）；

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

Tq：是指一個最小時間量子，來源于對系統(tǒng)時鐘可編程的分頻；

時間段1：為了方便編程，許多CAN模塊將傳播段和相位緩沖段1合并為一個時間段。

根據(jù)圖1，采樣點的計算公式如下：

公式1

公式2

Prescaler：波特率分頻系數(shù)

例：時鐘頻率為8M，Prescaler = 2，Tesg1 = 13，Tesg2 = 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=（1+13）/（1+13+2）=87.5%；

圖2 采樣點配置

由圖2可以看出：在同一波特率的條件下，Tesg1、Tesg2、Prescaler有不同的組合，不同的組合有不同的采樣點配置，可自行配置適合采樣點位置。

CANDT采樣點測試的測試原理是什么？

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”并設(shè)置好對應(yīng)的參數(shù)，然后開始測試即可進行采樣點的測試，如圖3，最終的測試結(jié)果為：84%。

圖3 CANDT測試結(jié)果

CANDT測試原理及過程如下：

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

圖4 干擾1

2、27%位寬的干擾逐漸以1%位寬的步進向右移動，在干擾的右邊沿快靠近采樣點時（如圖5），由于通信延遲的關(guān)系，此時采到的電平和CANScope發(fā)送的不一致了，導(dǎo)致DUT接收到的CRC校驗和DUT計算的CRC校驗不一致，DUT就會主動發(fā)出錯誤幀，把每一個不同干擾位置的錯誤幀數(shù)記錄下來。從此刻開始，繼續(xù)往右步進，錯誤幀數(shù)也會有所增加。

圖5 干擾2

3、繼續(xù)步進，當(dāng)干擾的左邊沿位置過了采樣點后（如圖6），此時DUT就不會再出現(xiàn)錯誤幀了。因此，最后一個出現(xiàn)錯誤幀的位置就是我們想要知道的采樣點位置。

圖6 干擾3

注意事項

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，雖然在正常情況下可以通信，但在采樣點測試時，會對結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。

2、采樣點測試過程中不允許DUT發(fā)送報文，因為采用的是發(fā)送100幀報文和檢測錯誤幀的方法，DUT發(fā)送報文會造成判斷的誤差，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

CAN一致性測試系統(tǒng)——CANDT

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

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

數(shù)據(jù)鏈路層的測試目的是保證每個節(jié)點的通訊參數(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)容包括位定時測試、采樣點測試、SJW測試等等，節(jié)點測試完成后，可自動化導(dǎo)出詳細(xì)CAN一致性測試報表，準(zhǔn)確判斷節(jié)點工作情況，一目了然。

圖7 CANDT一致性測試系統(tǒng)

圖8 一致性測試報表

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