CAN的應(yīng)用層一致性測試

前面一個(gè)章節(jié)中我們和大家一起學(xué)習(xí)了CAN的物理層和鏈路層的一致性測試項(xiàng)，本章節(jié)我們將和大家一起了解CAN的應(yīng)用層一致性測試。

應(yīng)用層一致性測試

該測試項(xiàng)主要為了驗(yàn)證 ECU 在網(wǎng)絡(luò)中通信的完整性，一般還包括上層應(yīng)用層協(xié)議的測試，網(wǎng)絡(luò)管理功能的測試以及故障診斷等方面。

1.1 發(fā)送報(bào)文測試

報(bào)文的發(fā)送一般分為周期性的、緊急事件觸發(fā)型的以及軟件使能型，周期性的報(bào)文需要測驗(yàn)周期時(shí)長的偏差是否滿足規(guī)約，另外 2 種類型的報(bào)文需要在干擾條件下進(jìn)行看是否會(huì)造成發(fā)送失敗情況。一般以固定 ID 發(fā)送至 CAN 工具（一個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)至少需要有 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)），通過上位機(jī)的時(shí)間戳功能查驗(yàn)。

報(bào)文發(fā)送周期測試主要是測試 DUT 期性報(bào)文的間隔時(shí)間是否小于允許誤差。在DS301通訊規(guī)范中，要求由測試設(shè)備觸發(fā) DUT 進(jìn)入周期性發(fā)送狀態(tài)，測試設(shè)備接收 1 分鐘報(bào)文后，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，查看是否有間隔超過 20% 的誤差的報(bào)文。

另外，一般需要 CAN 具備自動(dòng)重發(fā)功能，可以通過 CAN_MCR.AEN 位實(shí)現(xiàn)，官方庫例程中默認(rèn)不使能 CAN_MCR.AEN位。

在發(fā)送時(shí)還有一點(diǎn)需要注意，F(xiàn)lexCAN具有接收自己發(fā)出的報(bào)文功能，且?guī)炖讨惺悄J(rèn)開啟該功能的，具體可參見 CAN_CTRL1.SRXDIS 寄存器描述，視情況決定是否禁止啟用該功能。

1.2 CAN_H/L 對電源/對地短路容錯(cuò)性測試

測試 ECU 在不同錯(cuò)誤狀態(tài)下的容錯(cuò)性能，看錯(cuò)誤條件解除后是否能夠自動(dòng)恢復(fù)通訊。一般測試時(shí)需要使 ECU 處于周期性發(fā)送報(bào)文的狀態(tài)，且 CAN_H 或者 CAN_L 對電源/對地短路和自己與總線斷路的維持時(shí)間要超過 1 min 鐘保證錯(cuò)誤的積累數(shù)致使 ECU 處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)。

依據(jù) GMW3122 定義，可分為7 種物理錯(cuò)誤類型，包括地線漂移、地線丟失、電源丟失、CAN 線中斷、CAN 線各短接到地、CAN 線各短接到電源、CAN 線短路等錯(cuò)誤狀態(tài)。如果恢復(fù)后，都可以恢復(fù)通訊，則通過測試。

實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，這幾種短路和斷路條件只會(huì)使 FlexCAN 的 Tx error 計(jì)數(shù)器增加到超過 127 ，進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)而不會(huì)發(fā)生 Busoff ，期間會(huì)一直嘗試重發(fā)，在恢復(fù)總線正常后，計(jì)數(shù)器的值會(huì)逐一遞減同時(shí)由于能夠收到正確的 ACK 響應(yīng)而恢復(fù)正常通訊了，恢復(fù)的時(shí)長也符合標(biāo)準(zhǔn)。下圖展示的是 2s 周期發(fā)送報(bào)文直到恢復(fù)正常通訊的實(shí)測圖：

CAN_H 與 CAN_L 短接會(huì)導(dǎo)致 FlexCAN 進(jìn)入 Busoff 狀態(tài)，由于官方庫例程中默認(rèn)設(shè)置開啟了自動(dòng)從總線關(guān)閉狀態(tài)中恢復(fù)的功能，所以在解除總線短路后的一段時(shí)間內(nèi)，ECU 重新恢復(fù)正常通訊，自動(dòng)恢復(fù)時(shí)長 = 128 x 11 x 位時(shí)間（即檢測到 128次11個(gè)連續(xù)空閑狀態(tài)位電平則恢復(fù)，符合 CAN2.0B 標(biāo)準(zhǔn)）。

1.3 BusOff快恢復(fù)/慢恢復(fù)策略測試

當(dāng) CAN 通信出現(xiàn)故障時(shí)，CAN 控制器會(huì)讓故障節(jié)點(diǎn)從主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)，甚至進(jìn)入總線關(guān)閉（BusOff）狀態(tài)，使故障節(jié)點(diǎn)脫離總線的通信，使其不影響正常節(jié)點(diǎn)的通信，但該控制方案將導(dǎo)致在系統(tǒng)重新上電之前，進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)會(huì)持續(xù)無法與其他節(jié)點(diǎn)做數(shù)據(jù)的交互，如若節(jié)點(diǎn)只是暫時(shí)的故障，那讓節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自恢復(fù)的功能，則是更為上乘的控制方法。所以 CAN 總線設(shè)計(jì)規(guī)范對于 CAN 節(jié)點(diǎn)的 BusOff 自恢復(fù)方式做了嚴(yán)格的規(guī)定，充分考慮了偶發(fā)故障與持續(xù)故障的處理。

為了避免某個(gè)設(shè)備因?yàn)樽陨碓颍ɡ缬布p壞）導(dǎo)致無法正常收發(fā)數(shù)據(jù)而不斷地破壞數(shù)據(jù)幀，從而影響其他正常節(jié)點(diǎn)通訊，CAN-bus規(guī)范中規(guī)定每個(gè)CAN控制器都有一個(gè)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和一個(gè)接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)值不同CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)處于不同的設(shè)備狀態(tài)。根據(jù)計(jì)數(shù)值的變化進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下圖所示：

接收、發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器對應(yīng)的變動(dòng)條件及數(shù)值變動(dòng)情況：

1

接收單元檢測出錯(cuò)誤時(shí)，檢測到錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)符或過載標(biāo)志的“位錯(cuò)誤”除外，此時(shí)REC+1、TEC不變；

2

接收單元在發(fā)送完錯(cuò)誤標(biāo)志后檢測到第一位為顯性電平，此時(shí)REC+8、TEC不變；

3

發(fā)送單元輸出錯(cuò)誤標(biāo)志，此時(shí)REC不變、TEC+8；

4

發(fā)送單元發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或過載標(biāo)志，檢測出位錯(cuò)誤，REC不變、TEC+8；

5

接收單元發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或過載標(biāo)志，檢測出位錯(cuò)誤，REC+8、TEC不變；

6

各單元從主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志、過載標(biāo)志的開始檢測出連續(xù)14個(gè)顯性位，之后每檢測出連續(xù)8個(gè)顯性位，發(fā)送時(shí)REC+8、接收時(shí)TEC+8；

7

檢測出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后追加連續(xù)8個(gè)位的顯性位，發(fā)送時(shí)REC+8、接收時(shí)TEC+8；

8

發(fā)送單元正常接收數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)（返回ACK且到幀結(jié)束位檢測到錯(cuò)誤），REC不變、TEC-1；

9

接收單元正常接收數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)（到CRC未檢測出錯(cuò)誤且正常返回ACK），REC《127時(shí)，rec-1，rec》127時(shí)，REC=127；TEC不變；

10

處于總線關(guān)閉的單元，檢測到128次連續(xù)11個(gè)位的隱形位，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器歸零，REC、TEC=0；CAN總線錯(cuò)誤處理功能屬于是鏈路層功能，此功能由CAN控制器決定。

汽車內(nèi)部掛有很多的 ECU 節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，會(huì)很大程度上影響整車 CAN 網(wǎng)絡(luò)的通訊。所以一方面需要迅速找到引發(fā)節(jié)點(diǎn)總線關(guān)閉的物理故障，另一方面需要遵循一定準(zhǔn)則合理設(shè)計(jì)恢復(fù)策略，主要為了控制節(jié)點(diǎn)從總線關(guān)閉狀態(tài)恢復(fù)到錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)的等待時(shí)間，太快或者太慢地恢復(fù)都將可能影響到網(wǎng)絡(luò)其它節(jié)點(diǎn)的正常通訊，快恢復(fù)和慢恢復(fù)兩種策略一般同時(shí)應(yīng)用。

整車廠對其系統(tǒng)供應(yīng)商的設(shè)備也都提出了相應(yīng)的 BusOff 后恢復(fù)時(shí)間的控制策略要求，對總線關(guān)閉狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)“快恢復(fù)”和“慢恢復(fù)”策略。

制定策略大致思路是：將默認(rèn)配置的自動(dòng)從總線關(guān)閉狀態(tài)中恢復(fù)的功能關(guān)閉（CAN_CTRL1.BOFFREC = 1），再實(shí)時(shí)檢查 CAN_ESR1.BOFFINT 寄存器的值來判斷是否進(jìn)入 BusOff狀態(tài)，當(dāng)檢測到總線關(guān)閉后，開啟快恢復(fù)計(jì)時(shí)，時(shí)間到達(dá)后進(jìn)行一次 CAN 控制器的時(shí)鐘、驅(qū)動(dòng)及相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化操作，初始化完成后如果物理?xiàng)l件恢復(fù)正常那么即可完成快恢復(fù)，反之循環(huán) 10 次前面操作，如果仍舊無法消除 d BusOff 狀態(tài)，那進(jìn)入慢恢復(fù)策略，同樣在開啟慢恢復(fù)計(jì)時(shí)并且到達(dá)后進(jìn)行復(fù)位 FlexCAN操作， 此時(shí) CAN 總線關(guān)閉故障如果解除了，為了避免該節(jié)點(diǎn)在 CAN 網(wǎng)絡(luò)中頻繁發(fā)生總線關(guān)閉問題，此時(shí)不立即對外發(fā)送 CAN 報(bào)文。

大致流程圖如下：

至于自定義的 BusOff后的恢復(fù)時(shí)間策略，可以根據(jù) CAN_CTRL1.BOFFREC 的寄存器描述來控制關(guān)閉自動(dòng)恢復(fù)機(jī)制，然后根據(jù)自己需要的時(shí)間間隔完成后開啟自動(dòng)恢復(fù)，官方例程默認(rèn)為開啟了BusOff 自動(dòng)恢復(fù)功能，自動(dòng)恢復(fù)時(shí)長 = 128 x 11 x 位時(shí)間（即檢測到 128次11個(gè)連續(xù)空閑狀態(tài)位電平則恢復(fù)，符合 CAN2.0B 標(biāo)準(zhǔn)）。

在BusOff 恢復(fù)策略制定時(shí)，是需要通過軟件流程去實(shí)施實(shí)現(xiàn)控制時(shí)長，IP 層面不能設(shè)置恢復(fù)的時(shí)長。至于如何判斷是主動(dòng)錯(cuò)誤還是被動(dòng)錯(cuò)誤，可以根據(jù) CAN_ESR1.FLTCONF 寄存器以及結(jié)合CAN_ECR 寄存器來分析。

我們通過CANScope總線綜合分析儀對上述的測試項(xiàng)一一進(jìn)行測試，MM32F0140的FlexCAN 能夠滿足相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足汽車領(lǐng)域?qū)νㄐ趴偩€的要求，保障整車CAN總線安全穩(wěn)定。