在车载控制器中,CAN采样点的测试是控制器的基本测试之一,那CAN总线的采样点一般怎么测试呢?今天一起来捋一捋。

首先CAN报文的位将分割为同步段(Sync Segment)、时间片段 1(TSEG1 Segment)和时间片段 2(TSEG2 Segment)。这些片段由不同数量的 TQ 组成, TQ 为该总线电平中最小的时间单位。预分频(Prescaler)值以及收发器使用的时钟频率直接影响了一个位长度的总 TQ 数量。采样点位置将由各个片段中 TQ 的数量计算得到。

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1 个位中包含 8 或 16 个 TQ 的分段示意图

采样点的理论计算值可由下式得到:

= ( + 1)/( + 1 + 2)

在此必须知道所使用的 CAN 时钟频率,以此来计算一个标称位时间所使用的总 TQ 数量。

例如:若一个 TQ 的长度为 0.0625us,时钟频率是 16MHz(通常 CAN 所使用的时钟频率),预分频数为1。这就导致在 500kBaud 下一个位含有 32 个 TQ。若预分频数为 2,则一个位包含 16 个 TQ。

同步段(Sync Segment)在任何情况下均仅为 1 个 TQ 长度,剩余的 TQ 将会被分为 TSEG1 和 TSEG2。

例如:若一个位的总 TQ 数为 16,采样点位置为 75%,则 TSEG1 的 TQ 数为 11, TSEG2 的 TQ 数为 4。

CAN采样点测试的原理是节点判断信号逻辑电平的位置,对 CAN总线来说极其重要,尤其是在一个CAN网络里,多个节点要保持同一个采样点。如果其中一个偏差较大,有可能使整个网络出现故障,所以对 CAN节点进行采样点的测试显得尤为重要,采样点测试目的用于检查控制器的采样点设置是否遵守规范要求。

采样点的位置不受控制器所处的收发状态影响,故针对采样点测试既可以干扰控制器发送的指定报文的某个位,也可以通过测试工具发送特定干扰报文去检测控制器的行为。

下面以CANoe发送特定干扰报文的方法为例。VH6501 在检测到总线空闲时,发送较高优先级的特定干扰报文,完成一个干扰循环。每次干扰循环发送结束,微调 CRC Delimiter 位长度,使其逐次缩短,导致后一位 ACK Slot前移,并将 ACK Slot 长度增加,保证整帧报文的长度不变。当显性位电平由后往前,移至 DUT 采样点位置,会被 DUT 采到并判定 CRC Delimiter 位为高电平,出现格式错误,DUT 随即发送错误帧,并被 CANoe 采集到。另外每次干扰循环结束, VH6501 将发送 30 次控制器正常接收的任意一帧正常报文,从而使 DUT 始终保持 Error Active 状态,因其主动错误帧容易辨认。

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那CANoe工程如何配置呢?首先打开软件后,选择CANoe的示例工程Disturbance SamplePoint Test (CAN)。进入工程后,将 VH6501 通道分配给软件通道 CAN1,在下图所示界面设置 Mode 为 CAN,并勾选 Activate 选项使能 VH6501 总线干扰功能。

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VH6501 的采样点设置尽量靠前,确保优先干扰到控制器的采样点,此处BTL Cycles(指的是TQ数量,将一个位分为16个TQ) 和SJW(同步跳变宽度) 要选择数值较大的组合,可参考下图配置。

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配置完成之后,就可以写capl测试脚本了。

/*@!Encoding:936*/
includes
{

}
variables
{
CanDisturbanceFrameTrigger frameTrigger;
CanDisturbanceFrameSequence frameSequence;
CanDisturbanceSequence sequence;
CanDisturbanceTriggerRepetitions repetitions;
const int repetition_times_in_one_cycle = 10;
//Number of disturbance repetitions in a cycle
long result;
long errfrmcount; //The error frame count in one cycle
long first_err_bit_length,first_error_occur, ten_error_occur;
long validityMask;
long cycleFlag;
message 0x100 triggerMessage; //The trigger
message.(ID is not important.)
message 0x0 spTestMsg; //The disturbance frame sequence which CRC DEL need to be shorten.
message 0x1 Keep_DUT_ErrorActive;
const long CountMsgKeepErrorActive = 30;
long MsgCntKeepErrorActive = 0;
char spTestDone[33] = "SPDone";
}
on errorFrame
{
if(this.msgChannel == @sysvar::CANDisturbanceInterface1::ChannelNo)
{
errfrmcount++;
if((errfrmcount == 1) && (first_error_occur == 0))
{
      first_err_bit_length = frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0];
first_error_occur = 1;
write("+++++++++First error frame occurs+++++++++++.");
}
if(errfrmcount == repetition_times_in_one_cycle)
{
ten_error_occur = 1;
testSupplyTextEvent(spTestDone);
}
}
}

on message 0x1
{
if(MsgCntKeepErrorActive <= CountMsgKeepErrorActive)
{
++MsgCntKeepErrorActive;
output(Keep_DUT_ErrorActive);
}
else
{
ActivateTriggerAgain();
}
}

void ActivateTriggerAgain()
{
if(ten_error_occur == 0)
{
errfrmcount = 0;
//CRC Delimiter is shorten with 6.25ns per cycle.
    --frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0];
++frameSequence.AckSlot.BitSequence[0].segmentLength[0];
result = canDisturbanceTriggerEnable(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,frameTrigger, frameSequence, repetitions);
if(result == 1)
{
write("Trigger is enabled,
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] = %d",
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0]);
}
else
{
write("Enable trigger error Result = %d", result);
}
}
}

on sysvar sysvar::CANDisturbanceInterface1::Trigger::State
{
//6501 is Idle after repetition_times_in_one_cycle finish
if(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::Trigger::State == 0)
{
    //At the end of each disturbance cycle, the VH6501 need to outputsome normal message to prevent the DUT from being in a passive error state
    //because the passive error frame is not easily to be observed and
//identified.
MsgCntKeepErrorActive = 0;
output(Keep_DUT_ErrorActive);
}
}

testcase SamplePointTest_forVH6501()
{
first_error_occur = 0;
ten_error_occur = 0;
errfrmcount = 0;
cycleFlag = 1;
  frameSequence.SetMessage(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,spTestMsg);
validityMask = 0; //trigger on any CAN messages
frameTrigger.SetMessage(triggerMessage,
@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo, validityMask);
frameTrigger.TriggerFieldType =
@sysvar::CanDisturbance::Enums::FieldType::EndOfFrame;
  frameTrigger.TriggerFieldOffset = 9; //Trigger position is the thirdbit of IFS.
write("CRC Delimiter Bit Length = %d",
  frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0]);
repetitions.Cycles = 1;
repetitions.HoldOffCycles = 0;
repetitions.HoldOffRepetitions = 0;
repetitions.Repetitions = repetition_times_in_one_cycle;
  result = canDisturbanceTriggerEnable(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,frameTrigger,frameSequence,repetitions);

if(result == 1)
  {
write("Trigger is enabled.");
  }
else
{
write("Enable trigger error Result = %d", result);
}
result = testWaitForTextEvent(spTestDone, 10000);
if(result == 1)
{
write("frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] = %d
, sample point lies in %f%%~%f%%",
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0],
(frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] * 100.00) /
frameSequence.DLC.BitSequence[1].segmentLength[0], (first_err_bit_length *
100.00) / frameSequence.DLC.BitSequence[1].segmentLength[0]);
}
}

void maintest()
{
SamplePointTest_forVH6501();
}

那采样点的测试结果一般受什么影响呢?一般来说受3个因素影响。

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在总线信号和 RxD 引脚信号上影响采样点测试结果的因素示意图

∆指VH6501每次缩短或增长的步进长度。

∆指控制器的CAN参数配置中一个TQ的时间长度。

∆指总线上一个位的电平长度与控制器内部主控芯片 RxD 引脚上的一个位电平长度的时间差。∆ = () - ()

如果一个 CAN 的设备使用的时钟对应的最小 TQ 时间长度在∆的范围内,并且实际 TQ 配置在此范围内,则∆所带来的误差需要考虑在采样点测试的结果中 。ISO11898-2: 2015规定了在2MBaud下,规定了∆的允许范围为-65ns 到+40ns。而对于 2MBaud下,一个位时间长度为500ns, 这意味着在RxD引脚上的为时间长度将会比在总线上的为时间长度短13%或长 8%。而 TQ 时间长度的计算公式为:∆ =/

如果在 2MBaud 下, 一个 TQ 的时间长度小于一个位的 13%, 则∆将会被考虑进采样点测试的结果当中。具体的误差将取决于 CAN 发送器和使用的波特率。

假设 CAN 时钟频率为 80MHz, ∆为 25ns,预分频(Prescaler) 为 1, ∆为 12.5ns, ∆为6.25ns。仲裁相为 500kBaud,数据相为 2MBaud。

这意味着∆所带来的误差在仲裁相为 1.25%,在数据相则会上升到 5%(由于单个位时间长度缩短了) 。这几乎相当于 2 个 TQ 的时间长度。测试工具 VH6501 步进长度∆所带来的误差分别为0.3125%和 1.25%。

由于 CAN 协议 11898 中并未规定重同步后跳变沿一定要在同步段(Sync Segment) 的哪个位置,从同步段(Sync Segment) 的开始到结束均可以,因此这会带来 1 个 TQ 的误差。在仲裁相和数据相中带来的误差分别为 0.625%和 2.5%。

因此综上所述,在仲裁相中总的最大误差为 2.1875%(1.25% + 0.3125% + 0.625%) ,在数据相中总的最大误差为 8.75%(5% + 1.25% + 2.5%)。

由上可知, 由 VH6501 所带来的误差所占比例是很小的。而大部分是由于 CAN 协议本身所带来的误差。

-end-

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