摘要：CAN總線廣泛應(yīng)用于汽車(chē)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。

一、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ⅲ@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。

二、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：

圖1  位時(shí)間圖

l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(kāi)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；

l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)；

l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；

lTq：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；

l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：

公式1

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： ；

由公式1可得： ；

圖2  采樣點(diǎn)配置

有圖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；

三、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(kāi)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(kāi)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%。

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（注1[i]）的0%處施加一個(gè)寬度為27%位寬（注2[ii]）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。

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(kāi)始，繼續(xù)往右步進(jìn)，錯(cuò)誤幀數(shù)也會(huì)有所增加。

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。

圖6  干擾3

四、注意事項(xiàng)

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。

五、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(chē)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

圖7  CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)

圖8  一致性測(cè)試報(bào)表

本文注釋?zhuān)?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。