CAN的應用層一致性測試

前面一個章節(jié)中我們和大家一起學習了CAN的物理層和鏈路層的一致性測試項，本章節(jié)我們將和大家一起了解CAN的應用層一致性測試。

應用層一致性測試

該測試項主要為了驗證 ECU 在網絡中通信的完整性，一般還包括上層應用層協(xié)議的測試，網絡管理功能的測試以及故障診斷等方面。

1.1 發(fā)送報文測試

報文的發(fā)送一般分為周期性的、緊急事件觸發(fā)型的以及軟件使能型，周期性的報文需要測驗周期時長的偏差是否滿足規(guī)約，另外 2 種類型的報文需要在干擾條件下進行看是否會造成發(fā)送失敗情況。一般以固定 ID 發(fā)送至 CAN 工具（一個 CAN 網絡至少需要有 2 個節(jié)點），通過上位機的時間戳功能查驗。

報文發(fā)送周期測試主要是測試 DUT 期性報文的間隔時間是否小于允許誤差。在DS301通訊規(guī)范中，要求由測試設備觸發(fā) DUT 進入周期性發(fā)送狀態(tài)，測試設備接收 1 分鐘報文后，進行統(tǒng)計，查看是否有間隔超過 20% 的誤差的報文。

另外，一般需要 CAN 具備自動重發(fā)功能，可以通過 CAN_MCR.AEN 位實現(xiàn)，官方庫例程中默認不使能 CAN_MCR.AEN位。

在發(fā)送時還有一點需要注意，F(xiàn)lexCAN具有接收自己發(fā)出的報文功能，且?guī)炖讨惺悄J開啟該功能的，具體可參見 CAN_CTRL1.SRXDIS 寄存器描述，視情況決定是否禁止啟用該功能。

1.2 CAN_H/L 對電源/對地短路容錯性測試

測試 ECU 在不同錯誤狀態(tài)下的容錯性能，看錯誤條件解除后是否能夠自動恢復通訊。一般測試時需要使 ECU 處于周期性發(fā)送報文的狀態(tài)，且 CAN_H 或者 CAN_L 對電源/對地短路和自己與總線斷路的維持時間要超過 1 min 鐘保證錯誤的積累數(shù)致使 ECU 處于被動錯誤狀態(tài)。

依據 GMW3122 定義，可分為7 種物理錯誤類型，包括地線漂移、地線丟失、電源丟失、CAN 線中斷、CAN 線各短接到地、CAN 線各短接到電源、CAN 線短路等錯誤狀態(tài)。如果恢復后，都可以恢復通訊，則通過測試。

實際測試發(fā)現(xiàn)，這幾種短路和斷路條件只會使 FlexCAN 的 Tx error 計數(shù)器增加到超過 127 ，進入被動錯誤狀態(tài)而不會發(fā)生 Busoff ，期間會一直嘗試重發(fā)，在恢復總線正常后，計數(shù)器的值會逐一遞減同時由于能夠收到正確的 ACK 響應而恢復正常通訊了，恢復的時長也符合標準。下圖展示的是 2s 周期發(fā)送報文直到恢復正常通訊的實測圖：

CAN_H 與 CAN_L 短接會導致 FlexCAN 進入 Busoff 狀態(tài)，由于官方庫例程中默認設置開啟了自動從總線關閉狀態(tài)中恢復的功能，所以在解除總線短路后的一段時間內，ECU 重新恢復正常通訊，自動恢復時長 = 128 x 11 x 位時間（即檢測到 128次11個連續(xù)空閑狀態(tài)位電平則恢復，符合 CAN2.0B 標準）。

1.3 BusOff快恢復/慢恢復策略測試

當 CAN 通信出現(xiàn)故障時，CAN 控制器會讓故障節(jié)點從主動錯誤狀態(tài)進入被動錯誤狀態(tài)，甚至進入總線關閉（BusOff）狀態(tài)，使故障節(jié)點脫離總線的通信，使其不影響正常節(jié)點的通信，但該控制方案將導致在系統(tǒng)重新上電之前，進入總線關閉狀態(tài)的節(jié)點會持續(xù)無法與其他節(jié)點做數(shù)據的交互，如若節(jié)點只是暫時的故障，那讓節(jié)點實現(xiàn)自恢復的功能，則是更為上乘的控制方法。所以 CAN 總線設計規(guī)范對于 CAN 節(jié)點的 BusOff 自恢復方式做了嚴格的規(guī)定，充分考慮了偶發(fā)故障與持續(xù)故障的處理。

為了避免某個設備因為自身原因（例如硬件損壞）導致無法正常收發(fā)數(shù)據而不斷地破壞數(shù)據幀，從而影響其他正常節(jié)點通訊，CAN-bus規(guī)范中規(guī)定每個CAN控制器都有一個發(fā)送錯誤計數(shù)器和一個接收錯誤計數(shù)器。根據計數(shù)值不同CAN節(jié)點會處于不同的設備狀態(tài)。根據計數(shù)值的變化進行狀態(tài)轉換，狀態(tài)轉換如下圖所示：

接收、發(fā)送錯誤計數(shù)器對應的變動條件及數(shù)值變動情況：

1

接收單元檢測出錯誤時，檢測到錯誤標識符或過載標志的“位錯誤”除外，此時REC+1、TEC不變；

2

接收單元在發(fā)送完錯誤標志后檢測到第一位為顯性電平，此時REC+8、TEC不變；

3

發(fā)送單元輸出錯誤標志，此時REC不變、TEC+8；

4

發(fā)送單元發(fā)送主動錯誤標志或過載標志，檢測出位錯誤，REC不變、TEC+8；

5

接收單元發(fā)送主動錯誤標志或過載標志，檢測出位錯誤，REC+8、TEC不變；

6

各單元從主動錯誤標志、過載標志的開始檢測出連續(xù)14個顯性位，之后每檢測出連續(xù)8個顯性位，發(fā)送時REC+8、接收時TEC+8；

7

檢測出被動錯誤標志后追加連續(xù)8個位的顯性位，發(fā)送時REC+8、接收時TEC+8；

8

發(fā)送單元正常接收數(shù)據結束時（返回ACK且到幀結束位檢測到錯誤），REC不變、TEC-1；

9

接收單元正常接收數(shù)據結束時（到CRC未檢測出錯誤且正常返回ACK），REC《127時，rec-1，rec》127時，REC=127；TEC不變；

10

處于總線關閉的單元，檢測到128次連續(xù)11個位的隱形位，錯誤計數(shù)器歸零，REC、TEC=0；CAN總線錯誤處理功能屬于是鏈路層功能，此功能由CAN控制器決定。

汽車內部掛有很多的 ECU 節(jié)點，當其中一個節(jié)點發(fā)生故障進入總線關閉狀態(tài)時，會很大程度上影響整車 CAN 網絡的通訊。所以一方面需要迅速找到引發(fā)節(jié)點總線關閉的物理故障，另一方面需要遵循一定準則合理設計恢復策略，主要為了控制節(jié)點從總線關閉狀態(tài)恢復到錯誤主動狀態(tài)的等待時間，太快或者太慢地恢復都將可能影響到網絡其它節(jié)點的正常通訊，快恢復和慢恢復兩種策略一般同時應用。

整車廠對其系統(tǒng)供應商的設備也都提出了相應的 BusOff 后恢復時間的控制策略要求，對總線關閉狀態(tài)的節(jié)點需要實現(xiàn)“快恢復”和“慢恢復”策略。

制定策略大致思路是：將默認配置的自動從總線關閉狀態(tài)中恢復的功能關閉（CAN_CTRL1.BOFFREC = 1），再實時檢查 CAN_ESR1.BOFFINT 寄存器的值來判斷是否進入 BusOff狀態(tài)，當檢測到總線關閉后，開啟快恢復計時，時間到達后進行一次 CAN 控制器的時鐘、驅動及相關寄存器進行初始化操作，初始化完成后如果物理條件恢復正常那么即可完成快恢復，反之循環(huán) 10 次前面操作，如果仍舊無法消除 d BusOff 狀態(tài)，那進入慢恢復策略，同樣在開啟慢恢復計時并且到達后進行復位 FlexCAN操作， 此時 CAN 總線關閉故障如果解除了，為了避免該節(jié)點在 CAN 網絡中頻繁發(fā)生總線關閉問題，此時不立即對外發(fā)送 CAN 報文。

大致流程圖如下：

至于自定義的 BusOff后的恢復時間策略，可以根據 CAN_CTRL1.BOFFREC 的寄存器描述來控制關閉自動恢復機制，然后根據自己需要的時間間隔完成后開啟自動恢復，官方例程默認為開啟了BusOff 自動恢復功能，自動恢復時長 = 128 x 11 x 位時間（即檢測到 128次11個連續(xù)空閑狀態(tài)位電平則恢復，符合 CAN2.0B 標準）。

在BusOff 恢復策略制定時，是需要通過軟件流程去實施實現(xiàn)控制時長，IP 層面不能設置恢復的時長。至于如何判斷是主動錯誤還是被動錯誤，可以根據 CAN_ESR1.FLTCONF 寄存器以及結合CAN_ECR 寄存器來分析。

我們通過CANScope總線綜合分析儀對上述的測試項一一進行測試，MM32F0140的FlexCAN 能夠滿足相關的測試標準，能夠滿足汽車領域對通信總線的要求，保障整車CAN總線安全穩(wěn)定。