PCAN-Diag FD簡介及其應用--手持式CAN/CAN FD總線診斷設備

1.PCAN-Diag FD簡介

　　PCAN-Diag FD是一個手持式的CAN/CAN FD總線檢測設備，適用于現(xiàn)場診斷CAN/CAN FD總線的故障。

　　PCAN-Diag FD可以監(jiān)控CAN/CAN FD總線的通信情況，可以檢測總線波特率，測量總線負載、終端電阻值、CAN_H和CAN_L的電壓；支持數(shù)據(jù)庫解析報文；集成了CAN總線記錄的功能，因此也可以作為一個CAN記錄儀來使用；也具有示波器的功能，可以觸發(fā)和捕捉CAN/CAN FD的波形。

2.檢測波特率

　　波特率（也稱位定時，就是信號位的最小脈寬）是CAN 總線通訊的最基本要素。如果波特率不匹配或者波特率有所偏差，會導致識別信號的錯誤，造成無法通訊或者通訊異常。所以任何情況下，對異常的CAN 總線進行測試，首先都要測試波特率的準確性。波特率偏差主要發(fā)生在如下情況：使用了非整數(shù)值的晶振（比如11.0592MHZ）、極端溫度導致晶振偏差、CAN 控制器內部波特率發(fā)生器偏差。

　　一旦波特率有所偏差就會導致出錯的概率大大增加，重發(fā)的無效數(shù)據(jù)次數(shù)增多，數(shù)據(jù)傳輸延遲等現(xiàn)象，降低了CAN 重同步糾錯能力。所以保證準確的波特率是CAN 通訊中最重要的因素。
　　診斷儀支持基于一個固定值列表自動探測比特率，這個固定值列表可以是由 14 個預設值和已定義的用戶自定義值（最多 8 個）組成。另外，總線上有數(shù)據(jù)流才能檢測波特率。

　　另外，診斷儀集成雙通道示波器功能，支持分辨率達到 50ns 的時間測量，用戶通過測量 CAN 信號最窄波形時間段值（位寬度）獲知通訊波特率。波特率是位寬度的倒數(shù)。

解決措施：

　　1）將總線上每個節(jié)點單獨上電，自動探測比特率，或者使用診斷儀集成的示波器單獨測量位寬度，找到故障節(jié)點，亦對其程序中的位定時寄存器或者晶振進行修正為正確位時間。
　　2） 如果無法修改故障節(jié)點的程序，或者已經(jīng)是同樣的波特率還是無法正常通訊。這時需要考慮到可能是采樣點不一致導致。所以建議修改正常節(jié)點的程序。需要提高正常節(jié)點波特率寄存器中的同步跳轉寬度 SJW 值（加大到 3 個單位時間），則可以加大位寬度和采樣點的容忍度。

3.測量終端電阻

　　高速CAN總線（ISO11898-2）必須在CAN線CAN_L和CAN_H之間的兩端使用120歐姆電阻進行終止。這項措施將防止在電纜兩端信號反射并且保證并聯(lián)到CAN總線的CAN收發(fā)器工作正常。兩個終端電阻并聯(lián)得到60歐姆的總阻值，總電阻的測量提供了有關正確的CAN總線終止信息。

　　診斷儀內置120歐姆終端電阻，可啟用和關閉終端電阻，可重復測量，支持系統(tǒng)運行中測量。

解決措施：

4.測量引腳電壓

　　診斷儀的CAN接口是D-Sub9針連接器，引腳電平測量功能支持測量出D-Sub連接器每個引腳的電壓值

　　如上圖，選擇測量CAN_L和CAN_H兩個引腳的電平。當一個高速CAN收發(fā)器處于空閑狀態(tài)（無CAN流量），信號線CAN_H和CAN_L上的電壓大約2.5V。如果所測量的電壓差異顯著，則電纜連接或CAN節(jié)點的CAN收發(fā)器可能存在問題。

解決措施：
　　查看電纜連接或CAN節(jié)點的CAN收發(fā)器是否存在問題。

5.總線狀態(tài)查看

　　錯誤狀態(tài)和計數(shù)值的關系：

6.測試總線負載

　　CAN總線本質上還是半雙工通訊，就是"單行道"，即一個節(jié)點發(fā)送的時候其他節(jié)點無法發(fā)送數(shù)據(jù)。雖然CAN報文ID有優(yōu)先級的區(qū)分，但如果高優(yōu)先級一直占用總線，導致低優(yōu)先級的節(jié)點就無法發(fā)出數(shù)據(jù)，這就是堵塞現(xiàn)象。所以控制流量，防止堵塞是總線健康正常通訊的基本要素。

　　擁堵的還有一個重要的危害就是發(fā)生報文競爭，導致仲裁。在仲裁結束時，容易產(chǎn)生尖峰脈沖，有導致位翻轉的隱患，特別是在容抗較大場合，容易導致位錯誤。

　　測量總線負載，通過時間負載圖的方式顯示，可選獨立顯示錯誤幀的總線負載。如下圖，黃色曲線圖是總線負載平均值、紅色曲線圖是總線負載最大值。

　　如果總線平均負載都沒有超過30%，則說明總線流量較好，沒有明顯的擁堵情況；如果總線最大負載超過70%，則說有堵塞情況，建議進行流量分析整改。

　　如果總線平均負載都在70%以上，則說明總線嚴重擁堵，必須進行流量分析整改

解決措施：
　　流量分析整改，針對傳統(tǒng)的CAN2.0可以采取以下措施應對高總線負載情況：
　　﹂提高總線上的所有CAN節(jié)點的通訊波特率（注意會縮短通訊距離，有可能導致通訊異常），
　　﹂增加CAN網(wǎng)絡內報文發(fā)送的周期時間，從而減少它們的出現(xiàn)（每個周期時間內更少的CAN報文）

　　如果是新開發(fā)CAN總線節(jié)點，可以考慮使用CANFD。

7.CAN/CANFD電平測量

　　使用診斷儀Scope功能測量CAN信號電平，可測CAN-H、CAN-L和CAN-Diff信號的電平值。如下圖，直接從Scope顯示區(qū)查看CAN波形的電平值。顯示區(qū)通過游標可以顯示出每個每個位置CAN_H和CAN_L的。

　　CAN總線上面的信號值是接收節(jié)點能正確識別邏輯信號的保證。一般來說差分電平CANdiff=CAN_H-CAN_L的幅值只有大于0.9V才能被100%識別為顯性電平，同理如果幅值低于0.9V就有被識別出隱形電平的可能。

　　上表中0.5V~0.9V是不確定區(qū)域，這個根據(jù)不同收發(fā)器而異，與溫度也有關系。
　　ISO11898規(guī)定了CAN電平的范圍：

　　與ISO11898規(guī)范進行對照，標定節(jié)點的CAN_H、CAN_L和CAN_diff是否在ISO-11898規(guī)范規(guī)定的范圍內。當然這個幅值與終端電阻有著密切的關系，如下表

解決方案：

　　1、測試結果如果幅值超過規(guī)定范圍，先確認終端電阻是否沒加或者只加了1個。確定已經(jīng)有2個120歐，則說明節(jié)點的CAN收發(fā)器供電過高，導致輸出幅值過高。這個原因有可能是給CAN收發(fā)器供電的DC-DC輸出過高（一般隔離DC-DC為了保證帶負載能力，都會輸出高一點電壓），可以通過在DC-DC輸出并聯(lián)負載電阻的方式降低供電電壓。

　　2、如果幅值過低，則可能是供電電源過低，比如5V的CAN收發(fā)器卻用3.3V供電。或者總線的終端電阻過小，或并得過多終端電阻。

8.CAN錯誤檢測

　　先可以在總線狀態(tài)那里查看當前網(wǎng)絡是否有錯誤。如果總線有錯誤，則可以使用診斷儀的Scope功能捕捉錯誤幀，深入查看CANerror。當然，也支持直接在接收顯示區(qū)中標紅顯示接收的錯誤幀。

　　診斷儀Scope功能，觸發(fā)捕捉波形，可以波形查看錯誤幀的波形。并且，標示出錯誤類型和幀ID。診斷儀接收顯示區(qū)和狀態(tài)區(qū)，可顯示接收的錯誤幀、錯誤類型、幀ID、錯誤狀態(tài)和錯誤計數(shù)值。

　　錯誤的種類：位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤、ACK錯誤。
　　錯誤幀：用于在接收和發(fā)送消息時檢測出錯誤通知錯誤的幀。錯誤幀由錯誤標志和錯誤界定符構成。錯誤標志包括主動錯誤標志和被動錯誤標志兩種。主動錯誤標志：6個位的顯性位。被動錯誤標志：6個位的隱性位。錯誤界定符由8個位隱性位構成。如下圖，錯誤幀的構成

　　錯誤幀的輸出：

　　檢測出滿足錯誤條件的單元輸出錯誤標志通報錯誤。
　　處于主動錯誤狀態(tài)的單元輸出的錯誤標志為主動錯誤標志；處于被動錯誤狀態(tài)的單元輸出的錯誤標志為被動錯誤標志。
　　發(fā)送單元發(fā)送完錯誤幀后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀。錯誤標志輸出時序如下表所示。

9.監(jiān)控和發(fā)送CAN/CANFD報文

　　可以用PCAN-DiagFD設備用于CAN/CANFD報文的接收和發(fā)送；
　　關于發(fā)送：可以手動發(fā)送，自動發(fā)送或者列表發(fā)送；
　　關于接收：正常顯示是白色的，也可以標注特別關注的報文的顏色；如果顯示紅色的，就表示有CAN控制器報告的CAN總線錯誤

　　支持導入數(shù)據(jù)庫文件，數(shù)據(jù)庫文件解析接收的CAN報文為具體的物理量，數(shù)據(jù)庫文件可以使.dbc文件，也可以是用戶通過免費符號編輯軟件編輯的符號文件symbol文件。
　　另外，啟用不同的數(shù)據(jù)庫文件，查看不同的報文，可用作過濾查看。

10.記錄和回放

　　所有接收到的CAN報文，包括RTR幀和錯誤幀都可以存儲到設備的內存卡中，內置的4G內存卡大概可以保存4億條。也支持將之前記錄的文件回放到所連接的CAN總線上，會按照記錄的文件保存期間的CAN時間戳來回放。

　　記錄文件默認的是trc格式，在電腦上可以用文本打開，也可以用PEAK的相關軟件如PCAN-View和PCAN-Explorer來打開或者分析；使用我們提供的格式轉換工具，也可轉換成.CSV和.ASC格式文件供第三方軟件打開查看和分析。

三種格式的文件的特點和作用：

　　PCAN-Trace（.trc）：基于文本的PEAK-System的跟蹤文件?？梢栽赑CAN-Explorer（CAN報文分析軟件）中查看數(shù)據(jù)或者在PCAN-Trace程序中回放CAN報文。建議：與PCAN-Diag有關的跟蹤文件，我們推薦使用格式版本1.1，因為PCAN-Diag的記錄只有一個通道，而且這個格式版本適用于PEAK-System的所有程序。

　　Vector ASC Trace（.acs）：Vector公司的基于文本的跟蹤格式，也可用于很多第三方程序。

　　Character Separated Values (CSV)（.csv）：一種常見的基于文本的格式，用于導入電子表格（分號作為分隔符），這種格式的文件可以直接用excel打開。

11.方便快捷的配置工具

　　通過我們提供的PC端配置軟件來配置設備，PCAN-DiagFD可以更快的適用于不同的應用。工程由PCAN-DiagFDEditor創(chuàng)建和修改，然后直接傳到PCAN-Diag的內存卡中。如圖所示為PCAN-DiagEditor的界面，在圖中方框中各個標簽下調整我們的設置。同時可以創(chuàng)建一個或多個CAN發(fā)送列表。比如創(chuàng)建一條ID=123，data=11h22h33h44h55h66h77h88h；將創(chuàng)建好的工程導入內存卡之后，可以看到我們創(chuàng)建發(fā)送報文。

　　另外還可以在Symbols標簽下添加一個用于工程的符號文件。在ScopeSettings標簽下，可以快速的設置示波器功能的記錄和顯示方式，比如將示波器當前的圖形保存為BMP格式、Data格式、或者兩種格式同時保存。

12.關于虹科

　　廣州虹科電子科技有限公司（前身是宏科）成立于1995年，總部位于中國南方經(jīng)濟和文化中心-廣州市。我們耕耘的領域包括測試測量、汽車電子、自動化、嵌入式開發(fā)工具和軟件工程、數(shù)據(jù)采集、無線電通信與監(jiān)測、網(wǎng)絡可視化。我們除了銷售產(chǎn)品之外，還為中國客戶提供二次開發(fā)、維護、測試和培訓服務。

　　目前我們在廣州、北京、上海、西安、成都、武漢、深圳、香港和倫敦設有分支機構。

主要產(chǎn)品有：
　　1、汽車總線工具方面
　　a)德國PEAK-System的CAN分析工具；
　　b)德國Lipowsky的Baby-LIN系列LIN總線仿真分析工具；
　　c)德國益馳的CAN總線仿真分析工具；
　　d)英國Influx數(shù)采模塊和數(shù)據(jù)記錄儀。

　　2、測試測量方面
　　a)英國PicoScope汽車診斷示波器；
　　b)英國PickeringInterfaces的產(chǎn)品：主要是有信號開關與程控電阻，架構形式有PCI，PXI，LXI，GPIB；分類有：通用、矩陣、多路復用、射頻與微波模塊，故障注入開關，光纖開關等；
　　c)美國Marvintestsolution基于PXI/PXIe的功能模塊和系統(tǒng)，主要有：數(shù)字I/O、FPGA、萬用表、模擬板卡、信號源、電源、機箱、控制器、ATeasy開發(fā)軟件，半導體測試系統(tǒng)等；
　　d)意大利AT、美國DS信號源等。

　　3、工業(yè)自動化方面
　　a)德國SYSTEC的CANopen源代碼，PLCCore；
　　b)德國KUNBUS的模塊化工業(yè)網(wǎng)關，工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線通訊接口嵌入式模塊；
　　c)德國KPA的EtherCAT網(wǎng)絡開發(fā)、安裝和診斷工具，EtherCAT主站、從站協(xié)議棧；
　　d)其它還有Helmholz（赫姆赫茲），Softing，PROCENTEC等；
　　e)德國Microcontrol的堅固性數(shù)采模塊。

　　4、數(shù)據(jù)采集方面
　　主要用于測量和/或記錄溫度、濕度、壓力、振動，光照，CO2，4-20mA，0-10V等的傳感器/變送器，數(shù)據(jù)記錄儀，溫度記錄儀，中央環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。
　　a)藥品供應鏈的溫度等監(jiān)測解決方案：主要品牌瑞士ELPRO，PDF溫度/濕度記錄儀，完全符合GxP法規(guī)；
　　b)數(shù)據(jù)記錄儀：主要品牌瑞士MSR（微型記錄儀），歐洲Comet，瑞士ELPRO；
　　c)工業(yè)變送器和傳感器：主要品牌歐洲Comet。輸出可選RS232，RS485，以太網(wǎng)，PoE，4-20mA，0-10V，繼電器；
　　d)中央環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：主要品牌瑞士ELPRO，歐洲Comet。

　　5、無線電通信與監(jiān)測方面
　　a)拉脫維亞SAF的手持式頻譜儀；
　　b)加拿大thinkRF的模塊化頻譜儀；
　　c)意大利Rover用于衛(wèi)星通信的射頻光纖鏈路、合路器/分路器、轉發(fā)器矩陣、冗余開關等；
　　d)瑞典PROGIRA廣播網(wǎng)絡規(guī)劃、頻譜規(guī)劃、在線可視化網(wǎng)絡覆蓋等的軟件解決方案；
　　e)德國Novotronik用于音頻、高頻信號切換和分配的開關矩陣、多路耦合器、放大器等定制解決方案。

　　6、網(wǎng)絡安全與可視化
　　a）網(wǎng)絡可視化產(chǎn)品：主要品牌Cubro，Profitap，Ntop，包括網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包代理，分路器，旁路交換機，云交換機，網(wǎng)絡探針，網(wǎng)絡設備管理平臺，網(wǎng)絡流量分析器，多合一網(wǎng)絡分析工具等；
　　b）軟件安全：主要品牌Veracode，包括靜態(tài)分析SAST，動態(tài)分析DAST，軟件開發(fā)組件分析SCA，交互測試分析IAST等等；
　　c）時間同步：主要品牌Elproma，提供NTPPTP/IEEE1588IRIG網(wǎng)絡時間同步解決方案。

（轉載）