CAN BUS汽車總線測試應(yīng)用方案

CAN BUS汽車總線測試應(yīng)用方案簡介
傳送數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（Basic Data Frame）
CAN BUS列表協(xié)定分析格式
圖一CAN BUS傳送格式
Start of frame：任何格式起始位一定為0，表示要求遠(yuǎn)方傳數(shù)據(jù)回來。
Arbitration Field:Identifier為11bits主要功能是信號發(fā)送時的順序排列，數(shù)值越小優(yōu)先權(quán)越高，而排列由ID-10至ID-0，而ID-10至ID-4不可皆為1。后RTR（RemoteTransmit Request）為傳送或遠(yuǎn)程要求的判斷位，當(dāng)RTR=0表示傳Data出去，RTR=1表示要求遠(yuǎn)方傳數(shù)據(jù)回來。
Control Field：控制段由6個位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個將來作為擴(kuò)展格式用的保留位。所發(fā)送的保留位必需為0。接收器接收所有由0和1組合在一起的位元。如圖二及圖三控制段的IDE和RB0是保留位一定是0，后面的4bit只能是0-8，表示后續(xù)data段將傳幾個bytes的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)格式可分為標(biāo)準(zhǔn)格式（Basic CAN）與擴(kuò)展格式（Peli CAN），標(biāo)準(zhǔn)格式傳送數(shù)據(jù)的格式（Data Frame）如圖一CAN BUS傳送格式，報文的格式分成Start of bit（SOB）、Arbitra-
tion Field、Control Field、Data Filed、CRC Filed、ACK Filed、END of Frame。

High Quality Pr ofessional Instruments
圖二Control Field -1
圖三Control Field -2

Data Field：所需要傳的數(shù)據(jù)，先傳MSB，只能傳0-8bytes的Data。
CRC Field:16bit CRC驗證碼，后一個Del為界定符，固定為1。
Ack Field：此為接收端的回傳信息，有兩個位，后一個Del為界定符，固定為1。若接收成功Ack就回傳0，則傳送端就知道接收端已接收到數(shù)據(jù)。
END of Frame :1111111（2）表結(jié)束。
傳送數(shù)據(jù)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)格式（Peli Data Frame）
圖四擴(kuò)展格式（Peli CAN）
擴(kuò)展格式（Peli CAN）中，傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式（Data Frame）如圖四，報文的格式也分成Start of bit（SOB）、Arbitration Field、Control Field、Data Filed、CRCFiled、ACK Filed、END of Frame等七小節(jié)。不過Arbitration Field的部分多了18bit，而SRR與IDE皆為1。

圖五Remote Transmit Request Frame
向遠(yuǎn)端要求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程格式（Remote Transmit Request Frame）
當(dāng)RTR=1，表示向遠(yuǎn)端要求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程格式Remote Transmit Request Frame，此時的DLC3..DLC0為所需回傳數(shù)據(jù)的Data bytes。且此格式無Data Filed，如圖五。
圖六Error Frame
向節(jié)點報告出錯的出錯格式（Error Frame）
主動錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的顯性位構(gòu)成。這種位順序主動打破了位填充規(guī)則。所有其他站在識別到產(chǎn)生的位填充錯誤后，會自行產(chǎn)生錯誤幀，稱為錯誤響應(yīng)標(biāo)志。
錯誤標(biāo)志字段因此包含6到12個連續(xù)顯性位（由1個或多個節(jié)點產(chǎn)生）。錯誤幀以錯誤定界符字段為結(jié)束。在錯誤幀發(fā)送完畢后，列表協(xié)定分析活動恢復(fù)正常狀態(tài)，被中斷的節(jié)點會嘗試重新發(fā)送被中止的報文。錯誤界定符：錯誤定界符由8個隱性字節(jié)成，允許列表協(xié)定分析節(jié)點在錯誤發(fā)生后重新啟動列表協(xié)定分析通信，如圖六。

節(jié)點電路尚未準(zhǔn)備好會要求延遲傳送的過載格式（Overload Frame）
節(jié)點的內(nèi)部條件（節(jié)點處理數(shù)據(jù)中，對于下一筆數(shù)據(jù)需要延遲），起始于個間歇期間位。
間歇期間檢測到”0”，起始于檢測到間歇期間為”0”的下一個位。
過載標(biāo)志會發(fā)出六個”0”，此六個”0”會破壞間歇的格式，使其他節(jié)點知道此時有節(jié)點發(fā)出過載標(biāo)志。當(dāng)發(fā)送完過載標(biāo)志，節(jié)點會發(fā)出8個”1”，其他節(jié)點也會在完成后發(fā)出7個”1”。
圖七Overload Frame
報文間的空隙（Interframe Space）
報文間的空隙分為間歇與bus空閑兩種。間歇為3個”1”，此期間不可傳送任何信息，除了過載格式例外。bus空閑為各節(jié)點都未發(fā)送數(shù)據(jù)，所以此長度示任意的，任何節(jié)點都可在此時發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。當(dāng)有節(jié)點處于錯誤被動，會在間歇后發(fā)出8個”1”，讓其他的節(jié)點有機會重發(fā)自己的信息。
如圖七所示，有兩個方式會產(chǎn)生過載格式：

CAN BUS汽車總線測試應(yīng)用方案
車用電子列表協(xié)定有很多種，應(yīng)用較多的有LIN，CAN、FlexRay、TIP/C、SAEJ1850、TFCAN、ASRB、MOST等。美國汽車工程師協(xié)會（SAE）根據(jù)速率將車用電子信號劃分為A、B、C三類。
A類：
列表協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)包括TTP/A（Time Triggered Protocol/A）和LIN（Local Interconnect Net-work），其傳輸速率較低。
B類：
列表協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)主要包括J1850、VAN，低速CAN。
C類：
列表協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)主要包括TTP/C、FlexRay和高速CAN（ISO11898-2）都用于與汽車安全相關(guān)以及即時性要求比較高的地方。如動力系統(tǒng)，其傳輸速率比較高，通常在125kb/s到10Mb/s之間，必須支持即時的周期性的參數(shù)傳輸。
以目前中國臺灣車用電子產(chǎn)業(yè)而言，常見的是CAN BUS，接下來我們以CAN BUS進(jìn)行解說。

CAN-BUS（Controller Area Network -控制器區(qū)域網(wǎng)路）在1993年制定為標(biāo)準(zhǔn)化ISO 11898-1，廣泛的應(yīng)用在車用電子系統(tǒng)上。
CAN是一種差動列表協(xié)定，可提供高安全等級及有效率的即時控制。更具備了強大的調(diào)試和優(yōu)先權(quán)判機制，在這樣的機制下，網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸變的更為可靠而有效率。
同時擁有低成本的特性，再加上CAN提供多主控端的構(gòu)架，這種特色，特別適合使用在主系統(tǒng)或子系統(tǒng)下提供更完整智慧型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
CAN是建立在基于信息導(dǎo)向傳輸協(xié)定的廣播傳輸機制（broadcast communication mechanism）上。CAN定義信息的內(nèi)容，利用信息識別（message identifier）來定義內(nèi)容和信息的優(yōu)先順位，以進(jìn)行信息的傳遞，CAN擁有了高度的彈性調(diào)整能力，可以在既有的網(wǎng)絡(luò)中增加節(jié)點而不用在軟硬體上作修正與調(diào)整的作業(yè)，很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離（10KM）、很高的數(shù)據(jù)傳輸率（1M bit/s）、可根據(jù)報文格式發(fā)送信息不需裝置、可靠的錯誤處理與調(diào)試機制、信息遭到破壞后可自動重發(fā)、節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出列表協(xié)定分析的功能。

CAN BUS汽車總線測試應(yīng)用方案信號實際測量
經(jīng)過前面對于CAN BUS的介紹，相信對于這一種在車用電子領(lǐng)域中的列表協(xié)定有了初步的認(rèn)知，接下來讓我們看看CAN BUS在汽車上的實際信號表現(xiàn)。
孕龍邏輯分析儀的攜帶方便，可幫助工程師面對各種測量環(huán)境都能得心應(yīng)手，如圖八所示，使用孕龍邏輯分析儀搭配筆記型電腦，很輕易的就可以直接在汽車上進(jìn)行CAN BUS信號的測量。
將孕龍邏輯分析儀的A0接上CAN H信號、B0接上CAN L信號，因CAN BUS為差動信號且CANH與CAN L的信號電壓并不一樣，故需將兩條信號線分別接至不同的Port上，并將A Port與B Port的觸發(fā)準(zhǔn)位分別設(shè)定，接地線直接接至汽車門邊扣環(huán)上即可。實際的信號擷取狀況如圖九所示。以圖中封包1而言，透過孕龍邏輯分析儀CAN列表協(xié)定分析模塊，可快速的進(jìn)行CAN BUS信號譯碼，搭配上封包列表顯示，可清楚的看出每一筆CAN BUS的起始時間及封包內(nèi)容、數(shù)據(jù)數(shù)值、CRC（注1）等，如DIC = 0X8代表該封包內(nèi)夾帶8筆數(shù)據(jù)，透過封包列表顯示可清楚看見8筆數(shù)據(jù)中的數(shù)值。
圖八在汽車上實際測量CAN BUS信號

圖九使用孕龍邏輯分析儀測量CAN BUS實際畫面
注1：
CRC檢查是針對突發(fā)性、單一位或奇數(shù)個位元錯誤進(jìn)行檢查的動作，已表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中是否錯誤。主要的運作方式是將數(shù)據(jù)位D（X）除以多項式G（X）進(jìn)行運算，不同的CRC檢查則有不
同的多項式G（X）產(chǎn)生，經(jīng)過除法運算后可得知余數(shù)R（X）來進(jìn)行判斷。

圖十CAN BUS列表分析模塊設(shè)定畫面
CAN BUS信號使用Baud Rate做為信號傳送的速度依據(jù)，孕龍科技邏輯分析儀CAN BUS列表分析模塊擁有自動Baud Rate偵測功能（注2），工程師在面對未知的CAN BUS時更能輕松分析（如
圖十）。
CAN BUS列表分析模塊設(shè)定
注2：
孕龍科技CAN BUS列表分析模塊可自行判斷波形中小的脈沖寬度進(jìn)行Baud Rate轉(zhuǎn)換，當(dāng)工程師面對未知的信號時，便無須手動計算以加速項目進(jìn)行。

CAN BUS系統(tǒng)架構(gòu)上擁有許多的節(jié)點，每一個節(jié)點都有相對應(yīng)的BASIC ID，孕龍科技邏輯分析儀在LAP-322000U-A支持了列表協(xié)定封包觸發(fā)，讓工程師可特定的CAN BUS信號狀態(tài)作為觸發(fā)條件。（圖十一為設(shè)定BASIC ID 0X2A9，圖十二為觸發(fā)完成）
列表協(xié)定封包觸發(fā)
圖十一列表協(xié)定封包觸發(fā)設(shè)定畫面
設(shè)定作為觸發(fā)條件的封包狀態(tài)及數(shù)值

圖十二列表協(xié)定封包觸發(fā)完成

總結(jié)
車用電子技術(shù)發(fā)展日新月異，不但提升了汽車性能，也更加保障了行車安全。然而，跟上這股進(jìn)化的潮流也需要有相對應(yīng)的工具，孕龍邏輯分析儀列表協(xié)定分析模塊目前支持大約四十種串列協(xié)定信號，從車用電子到IC界面、從PC系統(tǒng)到多媒體傳輸，都有相對應(yīng)的譯碼模塊，相信工程師擁有這些譯碼功能必定可增加工作效率。