高效測(cè)試汽車總線系統(tǒng)

在汽車設(shè)計(jì)階段，工程師需要一套完整的測(cè)試工具，能對(duì)復(fù)雜的汽車總線系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，以清楚了解總線上正在發(fā)生的事情。工程師不僅需要看到總線上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，還需要隔離感興趣的事件，同時(shí)還要確定問(wèn)題的類型和解決辦法，這些需求都對(duì)儀器儀表廠商帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 典型的汽車網(wǎng)絡(luò)部件

力科為汽車總線系統(tǒng)測(cè)試提供的方案包括通用數(shù)字示波器WaveRunner Xi，高壓差分探頭ADP305，以及專門的應(yīng)用軟件包。對(duì)CAN總線測(cè)試而言，CANBus TDM軟件包提供總線觸發(fā)、解碼和測(cè)量功能； LINBus TD軟件包則提供LIN總線的觸發(fā)和解碼功能，同時(shí)針對(duì)新型的FlexRay總線測(cè)試需求，力科還提供FlexRay TDP軟件包，不僅能進(jìn)行FlexRay總線的觸發(fā)和解碼操作，而且可以分析物理層信號(hào)完整性包括眼圖和抖動(dòng)質(zhì)量。下文重點(diǎn)介紹這些軟件包的主要功能。

2、 CANBus TDM的主要功能

2.1、總線觸發(fā)功能

在汽車總線調(diào)試過(guò)程中，通常必須確認(rèn)某個(gè)特點(diǎn)消息已經(jīng)通過(guò)總線生成或發(fā)送。消息幀中包含嵌入式數(shù)據(jù)值和其他消息。常用的示波器功能如狀態(tài)觸發(fā)或碼型觸發(fā)不適用這一目的，它們是為多條通道上的并行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的。這就需要一種可以對(duì)串行比流內(nèi)容作出響應(yīng)的觸發(fā)功能。

CANBus TDM軟件包的Trigger功能支持按照消息幀的不同內(nèi)容觸發(fā)信號(hào)，可以根據(jù) 數(shù)據(jù)幀類型（Remote、Data或Error）、ID、 ID 位長(zhǎng)度（29位或11位）、數(shù)據(jù)凈荷、DLC等協(xié)議字段進(jìn)行觸發(fā)。比如，工程師只對(duì)ID=0x7a6的CAN消息感興趣，可以按照?qǐng)D2所示界面設(shè)置觸發(fā)條件。

圖2 CANbus TDM觸發(fā)設(shè)置界面

2.2、總線解碼功能

CANbus TDM中的Decode功能采用先進(jìn)的軟件算法，將探頭捕獲到的CAN波形分解成協(xié)議解碼信息，然后把解碼后的數(shù)據(jù)疊加在波形上。根據(jù)時(shí)基設(shè)置或縮放程度，可以精簡(jiǎn)或擴(kuò)展解碼信息，更好地協(xié)助了解短采集或長(zhǎng)采集中的事件。協(xié)議的各個(gè)字段如 ID、數(shù)據(jù)凈荷、CRC等都采用不同顏色區(qū)域標(biāo)記，理解起來(lái)非常容易。通信周期開始幀和錯(cuò)幀高亮度顯示。解碼操作非?？欤词乖陂L(zhǎng)采集中也不例外。用戶可以選擇解碼成十六進(jìn)制或二進(jìn)制格式。力科專門的汽車總線分析儀VBA型號(hào)還支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DBC格式文件直接將數(shù)據(jù)翻譯成文本符號(hào)，更加方便工程師調(diào)試汽車網(wǎng)絡(luò)。下圖3顯示了力科示波器解碼CAN消息幀后的效果。

圖3 CANbus TDM 總線解碼界面

2.3、識(shí)別錯(cuò)誤幀類型并標(biāo)記

CAN總線出錯(cuò)的類型有很多可能，包括ACK錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤、填充位錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤等。一些示波器廠家的CANbus軟件包僅能標(biāo)記出數(shù)據(jù)幀為”Error”，但不能區(qū)分究竟是具體的錯(cuò)誤類型，這對(duì)工程師調(diào)試總線問(wèn)題是很不方便的。而力科的 CANBus TDM提供了此功能，不僅能夠識(shí)別總線錯(cuò)誤類型，而且能用高亮顏色區(qū)域標(biāo)注在波形上方，為工程師迅速定位總線錯(cuò)誤來(lái)源提供了有效手段。下圖4為力科示波器屏幕上標(biāo)注的”CRC Error”總線出錯(cuò)狀態(tài)。

圖4 總線CRC錯(cuò)誤識(shí)別并高亮標(biāo)注

2.4、總線參數(shù)測(cè)量功能

CANbus TDM提供了一種革命性的分析能力，不僅能按數(shù)據(jù)幀內(nèi)容觸發(fā)和解碼，而且提供了測(cè)量/圖示工具，可以大大提高用戶調(diào)試和驗(yàn)證CAN ECU或網(wǎng)絡(luò)性能的能力。作為TDM工具集的一部分，CAN Measure/Graph(CAN測(cè)量/圖示功能)在力科示波器已經(jīng)提供的150多個(gè)參數(shù)中增加了5個(gè)CAN特定測(cè)量參數(shù)。此外，與直方圖參數(shù)一樣，也可為這些參數(shù)繪制直方圖、趨勢(shì)圖和追蹤圖。下面概括了CAN參數(shù)集：

# CANLoad – 計(jì)算每次采集的CANbus負(fù)荷，用百分比表示，并能夠過(guò)濾計(jì)算負(fù)荷使用的消息。

# CANtoAnalog – 測(cè)量模擬信號(hào)邊沿跳變與指定CAN消息之間的時(shí)間延遲。

# CANtoCAN – 兩個(gè)指定CAN消息之間的時(shí)間延遲。

# CANtoValue – 計(jì)算嵌入CAN消息數(shù)據(jù)字節(jié)中的值。

# t@CAN – 計(jì)算從觸發(fā)到指定CAN消息的時(shí)間。

下圖5示例了如何測(cè)量從“喚醒“信號(hào)跳變沿到之后第一個(gè)CAN消息幀起始位的時(shí)間間隔，通過(guò)使用CANtoAnalog參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

圖5 CANtoAnalog 總線參數(shù)測(cè)量界面

2.5、符號(hào)化解碼功能

力科汽車總線分析儀(Vehicle Bus Analyzer,簡(jiǎn)稱VBA)是業(yè)內(nèi)首款能將CAN串行信號(hào)（物理層）轉(zhuǎn)換成符號(hào)文本（協(xié)議層）的通用示波器，工程師因此具有了完整的分析CAN協(xié)議棧的能力-符號(hào)文本、十六進(jìn)制和電氣信號(hào)，同時(shí)也能夠查看電路中其他能夠影響CAN總線的電氣信號(hào)包括喚醒信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、傳感器信號(hào)等等），這是某些CANBus占用分析儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能?，F(xiàn)在的汽車電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)規(guī)模和信息量也日益增加，僅能識(shí)別數(shù)據(jù)幀成十六進(jìn)制或二進(jìn)制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要能將數(shù)據(jù)內(nèi)容直接翻譯成有意義容易讀取文本符號(hào)，如下圖6所示，ID:011被譯碼成”發(fā)動(dòng)機(jī)”并顯示在數(shù)據(jù)上方，方便工程師迅速了解總線上的每個(gè)部件實(shí)體的具體行為。力科VBA示波器支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DBC數(shù)據(jù)格式，這類文件將ID和數(shù)據(jù)凈荷映射成直觀的文本符號(hào)，客戶可以很方便通過(guò)文本編輯器創(chuàng)建DBC數(shù)據(jù)文件。

圖6 符號(hào)文本解碼界面

3、LINBus 和FlexRay 總線測(cè)試功能

LIN總線協(xié)議創(chuàng)建于1998年，最初的發(fā)起人為五家汽車制造商、一家軟件工具制造商和一家半導(dǎo)體廠商，該協(xié)議的主要目的集中在定義一套開放的標(biāo)準(zhǔn)，以低成本的方式實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Local Interconnect Networks，LIN）。很多情況下汽車系統(tǒng)無(wú)論是帶寬還是復(fù)雜性都不必用到 CAN網(wǎng)絡(luò)，而更低成本的 LIN網(wǎng)絡(luò)是性價(jià)比更好的解決方案。針對(duì)工程師測(cè)試和分析LIN總線的需求，力科示波器也支持類似CANBus TD功能的軟件包- LINBus TD，包括總線觸發(fā)和解碼兩部分。下圖7是 LINBus TD的解碼示意：

圖7 LINBus總線解碼界面

FlexRay 總線是面向下一代高速車載通信技術(shù)，數(shù)據(jù)率高達(dá)10Mbps，比CAN網(wǎng)絡(luò)速度快10倍以上，將是未來(lái)車載網(wǎng)絡(luò)的主流平臺(tái)。力科于2007年在全球率先發(fā)布了示波器平臺(tái)上的FlexRay測(cè)試方案FlexRay TDP(Trigger+Decode+Physical Layer)，集總線觸發(fā)、解碼、物理層信號(hào)完整性分析功能與一體，是目前業(yè)界最完整也是最強(qiáng)大的FlexRay總線分析方案，其主要功能列表如下：

# FlexRay協(xié)議2.1版觸發(fā)和解碼功能

# 直觀的色碼解碼重疊功能，簡(jiǎn)便地查看解碼成十六進(jìn)制或二進(jìn)制的數(shù)據(jù)

# 支持下述觸發(fā)：

– 幀ID (靜態(tài)和動(dòng)態(tài))

– 幀周期數(shù)

– 幀判定符

# 凈荷前置碼指示符

# 空幀指示符(NFI)

# 同步幀指示符(SyFI)

# 啟動(dòng)幀指示符(StFI)

– TSS符號(hào)

# 支持2.5, 5和10 Mb/s FlexRay版本

# 即使在長(zhǎng)記錄上仍能快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼

# 方便的表格顯示，支持快速“縮放到字節(jié)”功能

# 能夠快速搜索特定消息包

4、汽車總線分析儀

工程師永遠(yuǎn)都希望得到性價(jià)比最好的工具，不僅希望付出盡可能低的成本，而且還要得到全部需要的功能。力科公司最新推出的汽車總線分析儀VBA Xi-A基于通用型示波器平臺(tái)WaveRunner Xi-A，集成的功能列表包括：

# CANBus TDM軟件包的全部功能；

# LINBus TD軟件包的全部功能；

# FlexRay TDP軟件包的全部功能；

# 支持 DBC格式導(dǎo)入和符號(hào)文本解碼；

# 通用數(shù)字示波器的全部功能。

擁有以上功能的新型汽車總線分析儀VBA完全滿足了工程師對(duì)新一代汽車總線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和分析的全部需求。

5、結(jié)語(yǔ)

工程師對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測(cè)試的基本需求包括CAN總線觸發(fā)、解碼和測(cè)量功能，更高級(jí)需求涵蓋了DBC格式文件讀取、數(shù)據(jù)內(nèi)容符號(hào)化解碼、錯(cuò)誤幀類型識(shí)別并標(biāo)注、LINBus總線觸發(fā)和解碼、FlexRay總線觸發(fā)、解碼和物理層信號(hào)完整性分析，除此之外，工程師還需要具有通用信號(hào)測(cè)試能力的示波器，以了解其他可能影響汽車網(wǎng)絡(luò)性能的電氣信號(hào)。針對(duì)工程師的這些需求，力科最新推出的汽車總線分析儀VBA Xi-A完全支持上述功能，是目前業(yè)界最全面的汽車總線測(cè)試方案。