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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
现场总线

PCAN-Diag FD简介及其应用--手持式CAN/CAN FD总线诊断设备

  2020年05月18日  

1.PCAN-Diag FD简介

  PCAN-Diag FD是一个手持式的CAN/CAN FD总线检测设备,适用于现场诊断CAN/CAN FD总线的故障。

  PCAN-Diag FD可以监控CAN/CAN FD总线的通信情况,可以检测总线波特率,测量总线负载、终端电阻值、CAN_H和CAN_L的电压;支持数据库解析报文;集成了CAN总线记录的功能,因此也可以作为一个CAN记录仪来使用;也具有示波器的功能,可以触发和捕捉CAN/CAN FD的波形。

2.检测波特率

  波特率(也称位定时,就是信号位的最小脉宽)是CAN 总线通讯的最基本要素。如果波特率不匹配或者波特率有所偏差,会导致识别信号的错误,造成无法通讯或者通讯异常。所以任何情况下,对异常的CAN 总线进行测试,首先都要测试波特率的准确性。波特率偏差主要发生在如下情况:使用了非整数值的晶振(比如11.0592MHZ)、极端温度导致晶振偏差、CAN 控制器内部波特率发生器偏差。

  一旦波特率有所偏差就会导致出错的概率大大增加,重发的无效数据次数增多,数据传输延迟等现象,降低了CAN 重同步纠错能力。所以保证准确的波特率是CAN 通讯中最重要的因素。
  诊断仪支持基于一个固定值列表自动探测比特率,这个固定值列表可以是由 14 个预设值和已定义的用户自定义值(最多 8 个)组成。另外,总线上有数据流才能检测波特率。

  另外,诊断仪集成双通道示波器功能,支持分辨率达到 50ns 的时间测量,用户通过测量 CAN 信号最窄波形时间段值(位宽度)获知通讯波特率。波特率是位宽度的倒数。

解决措施:

  1)将总线上每个节点单独上电,自动探测比特率,或者使用诊断仪集成的示波器单独测量位宽度,找到故障节点,亦对其程序中的位定时寄存器或者晶振进行修正为正确位时间。
  2) 如果无法修改故障节点的程序,或者已经是同样的波特率还是无法正常通讯。这时需要考虑到可能是采样点不一致导致。所以建议修改正常节点的程序。需要提高正常节点波特率寄存器中的同步跳转宽度 SJW 值(加大到 3 个单位时间),则可以加大位宽度和采样点的容忍度。

3.测量终端电阻

  高速CAN总线(ISO11898-2)必须在CAN线CAN_L和CAN_H之间的两端使用120欧姆电阻进行终止。这项措施将防止在电缆两端信号反射并且保证并联到CAN总线的CAN收发器工作正常。两个终端电阻并联得到60欧姆的总阻值,总电阻的测量提供了有关正确的CAN总线终止信息。

  诊断仪内置120欧姆终端电阻,可启用和关闭终端电阻,可重复测量,支持系统运行中测量。

解决措施:

测量

解读

60 Ohm

通过测量,确定总线的终止是良好的。

确保终端电阻被放置在总线的末端,而不是其它位置。

missing

CAN 总线没有终端电阻,或使用电阻过大,请按照上述设定一个正确的终止。

120 Ohm

只有一个终端电阻存在。

在缺失终端电阻的总线末端安装一个 120 欧姆电阻。

< 45 Ohm

太多的终端电阻存在于 CAN 总线。
其中可能的原因是,在一个总线末端有两个独立的终端电阻,或一个有内置终端电阻的 CAN 节点又被外配了一个终端电阻。


4.测量引脚电压

  诊断仪的CAN接口是D-Sub9针连接器,引脚电平测量功能支持测量出D-Sub连接器每个引脚的电压值

  如上图,选择测量CAN_L和CAN_H两个引脚的电平。当一个高速CAN收发器处于空闲状态(无CAN流量),信号线CAN_H和CAN_L上的电压大约2。5V。如果所测量的电压差异显著,则电缆连接或CAN节点的CAN收发器可能存在问题。

解决措施:
  查看电缆连接或CAN节点的CAN收发器是否存在问题。

5.总线状态查看

  错误状态和计数值的关系:

6.测试总线负载

  CAN总线本质上还是半双工通讯,就是"单行道",即一个节点发送的时候其他节点无法发送数据。虽然CAN报文ID有优先级的区分,但如果高优先级一直占用总线,导致低优先级的节点就无法发出数据,这就是堵塞现象。所以控制流量,防止堵塞是总线健康正常通讯的基本要素。

  拥堵的还有一个重要的危害就是发生报文竞争,导致仲裁。在仲裁结束时,容易产生尖峰脉冲,有导致位翻转的隐患,特别是在容抗较大场合,容易导致位错误。

  测量总线负载,通过时间负载图的方式显示,可选独立显示错误帧的总线负载。如下图,黄色曲线图是总线负载平均值、红色曲线图是总线负载最大值。

  如果总线平均负载都没有超过30%,则说明总线流量较好,没有明显的拥堵情况;如果总线最大负载超过70%,则说有堵塞情况,建议进行流量分析整改。

  如果总线平均负载都在70%以上,则说明总线严重拥堵,必须进行流量分析整改

解决措施:
  流量分析整改,针对传统的CAN2.0可以采取以下措施应对高总线负载情况:
  ﹂提高总线上的所有CAN节点的通讯波特率(注意会缩短通讯距离,有可能导致通讯异常),
  ﹂增加CAN网络内报文发送的周期时间,从而减少它们的出现(每个周期时间内更少的CAN报文)

  如果是新开发CAN总线节点,可以考虑使用CANFD。

7.CAN/CANFD电平测量

  使用诊断仪Scope功能测量CAN信号电平,可测CAN-H、CAN-L和CAN-Diff信号的电平值。如下图,直接从Scope显示区查看CAN波形的电平值。显示区通过游标可以显示出每个每个位置CAN_H和CAN_L的。

  CAN总线上面的信号值是接收节点能正确识别逻辑信号的保证。一般来说差分电平CANdiff=CAN_H-CAN_L的幅值只有大于0.9V才能被100%识别为显性电平,同理如果幅值低于0.9V就有被识别出隐形电平的可能。

差分电平

识别成的逻辑值

>0.9V

显性电平(0

0.5~0.9V

不确定区域

<0.5V

隐形电平(1

  上表中0.5V~0.9V是不确定区域,这个根据不同收发器而异,与温度也有关系。
  ISO11898规定了CAN电平的范围:

  与ISO11898规范进行对照,标定节点的CAN_H、CAN_L和CAN_diff是否在ISO-11898规范规定的范围内。当然这个幅值与终端电阻有着密切的关系,如下表

120 欧终端电阻个数

单节点 CAN-diff 幅值正常范围

1

2.5V

2

2 V

3

1.5~1.7 V

4

1.1~1.3 V

5

0.9~1.1 V

解决方案:

  1、测试结果如果幅值超过规定范围,先确认终端电阻是否没加或者只加了1个。确定已经有2个120欧,则说明节点的CAN收发器供电过高,导致输出幅值过高。这个原因有可能是给CAN收发器供电的DC-DC输出过高(一般隔离DC-DC为了保证带负载能力,都会输出高一点电压),可以通过在DC-DC输出并联负载电阻的方式降低供电电压。

  2、如果幅值过低,则可能是供电电源过低,比如5V的CAN收发器却用3。3V供电。或者总线的终端电阻过小,或并得过多终端电阻。

8.CAN错误检测

  先可以在总线状态那里查看当前网络是否有错误。如果总线有错误,则可以使用诊断仪的Scope功能捕捉错误帧,深入查看CANerror。当然,也支持直接在接收显示区中标红显示接收的错误帧。

  诊断仪Scope功能,触发捕捉波形,可以波形查看错误帧的波形。并且,标示出错误类型和帧ID。诊断仪接收显示区和状态区,可显示接收的错误帧、错误类型、帧ID、错误状态和错误计数值。

  错误的种类:位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误。
  错误帧:用于在接收和发送消息时检测出错误通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种。主动错误标志:6个位的显性位。被动错误标志:6个位的隐性位。错误界定符由8个位隐性位构成。如下图,错误帧的构成

  错误帧的输出:

  检测出满足错误条件的单元输出错误标志通报错误。
  处于主动错误状态的单元输出的错误标志为主动错误标志;处于被动错误状态的单元输出的错误标志为被动错误标志。
  发送单元发送完错误帧后,将再次发送数据帧或遥控帧。错误标志输出时序如下表所示。

9.监控和发送CAN/CANFD报文

  可以用PCAN-DiagFD设备用于CAN/CANFD报文的接收和发送;
  关于发送:可以手动发送,自动发送或者列表发送;
  关于接收:正常显示是白色的,也可以标注特别关注的报文的颜色;如果显示红色的,就表示有CAN控制器报告的CAN总线错误

  支持导入数据库文件,数据库文件解析接收的CAN报文为具体的物理量,数据库文件可以使.dbc文件,也可以是用户通过免费符号编辑软件编辑的符号文件symbol文件。
  另外,启用不同的数据库文件,查看不同的报文,可用作过滤查看。

10.记录和回放

  所有接收到的CAN报文,包括RTR帧和错误帧都可以存储到设备的内存卡中,内置的4G内存卡大概可以保存4亿条。也支持将之前记录的文件回放到所连接的CAN总线上,会按照记录的文件保存期间的CAN时间戳来回放。

  记录文件默认的是trc格式,在电脑上可以用文本打开,也可以用PEAK的相关软件如PCAN-View和PCAN-Explorer来打开或者分析;使用我们提供的格式转换工具,也可转换成.CSV和.ASC格式文件供第三方软件打开查看和分析。

三种格式的文件的特点和作用:

  PCAN-Trace(。trc):基于文本的PEAK-System的跟踪文件。可以在PCAN-Explorer(CAN报文分析软件)中查看数据或者在PCAN-Trace程序中回放CAN报文。建议:与PCAN-Diag有关的跟踪文件,我们推荐使用格式版本1。1,因为PCAN-Diag的记录只有一个通道,而且这个格式版本适用于PEAK-System的所有程序。

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

  Character Separated Values (CSV)(。csv):一种常见的基于文本的格式,用于导入电子表格(分号作为分隔符),这种格式的文件可以直接用excel打开。

11.方便快捷的配置工具

  通过我们提供的PC端配置软件来配置设备,PCAN-DiagFD可以更快的适用于不同的应用。工程由PCAN-DiagFDEditor创建和修改,然后直接传到PCAN-Diag的内存卡中。如图所示为PCAN-DiagEditor的界面,在图中方框中各个标签下调整我们的设置。同时可以创建一个或多个CAN发送列表。比如创建一条ID=123,data=11h22h33h44h55h66h77h88h;将创建好的工程导入内存卡之后,可以看到我们创建发送报文。

  另外还可以在Symbols标签下添加一个用于工程的符号文件。在ScopeSettings标签下,可以快速的设置示波器功能的记录和显示方式,比如将示波器当前的图形保存为BMP格式、Data格式、或者两种格式同时保存。

12.关于虹科

  广州虹科电子科技帝皇彩票开奖(前身是宏科)成立于1995年,总部位于中国南方经济和文化中心-广州市。我们耕耘的领域包括测试测量、汽车电子、自动化、嵌入式开发工具和软件工程、数据采集、无线电通信与监测、网络可视化。我们除了销售产品之外,还为中国客户提供二次开发、维护、测试和培训服务。

  目前我们在广州、北京、上海、西安、成都、武汉、深圳、香港和伦敦设有分支机构。

主要产品有:
  1、汽车总线工具方面
  a)德国PEAK-System的CAN分析工具;
  b)德国Lipowsky的Baby-LIN系列LIN总线仿真分析工具;
  c)德国益驰的CAN总线仿真分析工具;
  d)英国Influx数采模块和数据记录仪。

  2、测试测量方面
  a)英国PicoScope汽车诊断示波器;
  b)英国PickeringInterfaces的产品:主要是有信号开关与程控电阻,架构形式有PCI,PXI,LXI,GPIB;分类有:通用、矩阵、多路复用、射频与微波模块,故障注入开关,光纤开关等;
  c)美国Marvintestsolution基于PXI/PXIe的功能模块和系统,主要有:数字I/O、FPGA、万用表、模拟板卡、信号源、电源、机箱、控制器、ATeasy开发软件,半导体测试系统等;
  d)意大利AT、美国DS信号源等。

  3、工业自动化方面
  a)德国SYSTEC的CANopen源代码,PLCCore;
  b)德国KUNBUS的模块化工业网关,工业以太网和现场总线通讯接口嵌入式模块;
  c)德国KPA的EtherCAT网络开发、安装和诊断工具,EtherCAT主站、从站协议栈;
  d)其它还有Helmholz(赫姆赫兹),Softing,PROCENTEC等;
  e)德国Microcontrol的坚固性数采模块。

  4、数据采集方面
  主要用于测量和/或记录温度、湿度、压力、振动,光照,CO2,4-20mA,0-10V等的传感器/变送器,数据记录仪,温度记录仪,中央环境监测系统等。
  a)药品供应链的温度等监测解决方案:主要品牌瑞士ELPRO,PDF温度/湿度记录仪,完全符合GxP法规;
  b)数据记录仪:主要品牌瑞士MSR(微型记录仪),欧洲Comet,瑞士ELPRO;
  c)工业变送器和传感器:主要品牌欧洲Comet。输出可选RS232,RS485,以太网,PoE,4-20mA,0-10V,继电器;
  d)中央环境监测系统:主要品牌瑞士ELPRO,欧洲Comet。

  5、无线电通信与监测方面
  a)拉脱维亚SAF的手持式频谱仪;
  b)加拿大thinkRF的模块化频谱仪;
  c)意大利Rover用于卫星通信的射频光纤链路、合路器/分路器、转发器矩阵、冗余开关等;
  d)瑞典PROGIRA广播网络规划、频谱规划、在线可视化网络覆盖等的软件解决方案;
  e)德国Novotronik用于音频、高频信号切换和分配的开关矩阵、多路耦合器、放大器等定制解决方案。

  6、网络安全与可视化
  a)网络可视化产品:主要品牌Cubro,Profitap,Ntop,包括网络数据包代理,分路器,旁路交换机,云交换机,网络探针,网络设备管理平台,网络流量分析器,多合一网络分析工具等;
  b)软件安全:主要品牌Veracode,包括静态分析SAST,动态分析DAST,软件开发组件分析SCA,交互测试分析IAST等等;
  c)时间同步:主要品牌Elproma,提供NTPPTP/IEEE1588IRIG网络时间同步解决方案。

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