基于泰克新一代便攜示波器的汽車總線觸發(fā)解碼分析

■ 引言

在汽車行業(yè)，隨著電子系統(tǒng)的不斷演進(jìn)和整車控制邏輯的日益復(fù)雜，CAN、LIN和FlexRay總線技術(shù)支撐著從發(fā)動(dòng)機(jī)管理到安全系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。使用泰克便攜示波器能夠幫助工程師精確診斷并優(yōu)化汽車電子系統(tǒng)，從而確保車輛通信無(wú)誤。

主要汽車總線技術(shù)

CAN總線

技術(shù)規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)

CAN FD：為了支持更快的數(shù)據(jù)通信，開(kāi)發(fā)了CAN FD（靈活數(shù)據(jù)率），該版本的數(shù)據(jù)率最高可達(dá)8Mbps，有效載荷長(zhǎng)達(dá)64字節(jié)。

CAN XL：CAN XL是由CAN in Automation (CiA)開(kāi)發(fā)的最新標(biāo)準(zhǔn)，支持最高20Mb/s的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度最大可達(dá)2048字節(jié)。

工作原理

物理層和數(shù)據(jù)鏈路層：CAN定義了ISO 7層模型的數(shù)據(jù)鏈路層，常用的物理層規(guī)格是ISO 11898，它是一個(gè)差分2線接口，運(yùn)行在屏蔽雙絞線（STP）、非屏蔽雙絞線（UTP）或帶狀電纜上。

通信協(xié)議：CAN使用非返回零（NRZ）位編碼和位填充技術(shù)，確保消息緊湊并具有高噪聲免疫性。在總線空閑時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)都可能開(kāi)始傳輸。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)啟動(dòng)消息時(shí)，CAN和CAN FD使用逐位仲裁，而CAN XL使用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/碰撞解決（CSMA/CR）來(lái)確定哪個(gè)消息具有更高優(yōu)先級(jí)。

LIN總線

技術(shù)規(guī)格與工作原理

基于標(biāo)準(zhǔn)：LIN是基于增強(qiáng)型ISO9141標(biāo)準(zhǔn)的低成本單線實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成。所有消息都由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，只有一個(gè)從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)每條消息，因此不需要像CAN那樣的沖突檢測(cè)和仲裁能力。

通信協(xié)議：通信基于UART/SCI，數(shù)據(jù)以8位字節(jié)形式發(fā)送，附帶起始位和停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從1kb/s到20kb/s，雖然速度較慢，但適用于既定應(yīng)用且有助于最小化電磁干擾（EMI）。

狀態(tài)管理

總線狀態(tài)：LIN總線有兩種狀態(tài)：活動(dòng)和睡眠。當(dāng)總線處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)都醒著并監(jiān)聽(tīng)相關(guān)的總線命令?？偩€可以通過(guò)主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的睡眠幀或總線活動(dòng)低于預(yù)設(shè)時(shí)間而進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

喚醒機(jī)制：總線通過(guò)任何節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求喚醒或主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的中斷字段被喚醒。

FlexRay總線

技術(shù)規(guī)格與工作原理

物理層：FlexRay使用雙線差分總線，可以運(yùn)行在屏蔽雙絞線（STP）或非屏蔽雙絞線（UTP）上，最高速度可達(dá)10Mb/s，顯著快于LIN的20kb/s和CAN的1Mb/s。

雙通道架構(gòu)：FlexRay的一個(gè)重要特征是其雙通道架構(gòu)，這一設(shè)計(jì)可以在安全關(guān)鍵的應(yīng)用中提供冗余通信，確保信息的可靠傳輸；在不太安全關(guān)鍵的應(yīng)用中，兩個(gè)通道可以配置為傳輸不同信息，總傳輸速率可達(dá)20Mb/s。

通信協(xié)議

時(shí)間觸發(fā)協(xié)議：FlexRay采用時(shí)間觸發(fā)協(xié)議，結(jié)合了之前同步和異步協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)通信周期中包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)幀，為網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備提供固定長(zhǎng)度的時(shí)間槽來(lái)通信。

幀結(jié)構(gòu)：FlexRay的幀由三個(gè)主要部分組成：頭部段、有效載荷段和尾部段。頭部段包括幀類型指示符、幀ID、有效載荷長(zhǎng)度等信息；有效載荷段傳輸實(shí)際數(shù)據(jù)；尾部段包括循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）。

使用泰克示波器調(diào)試

CAN、LIN和FlexRay總線

1

設(shè)置解碼

配置輸入：在Tektronix示波器上，通過(guò)按下面板上的“Bus”按鈕來(lái)定義示波器的輸入為特定的總線類型（CAN、CAN FD、CAN XL、LIN或FlexRay）。

詳細(xì)參數(shù)配置：輸入包括選擇總線標(biāo)準(zhǔn)（如CAN XL）、信號(hào)類型、輸入通道、比特率、電壓閾值和采樣點(diǎn)（作為比特時(shí)間的百分比）。

2

觸發(fā)選項(xiàng)

觸發(fā)設(shè)置：示波器提供多種觸發(fā)選項(xiàng)，允許基于特定的總線活動(dòng)配置觸發(fā)。例如，可以設(shè)置在特定的起始幀、幀類型（如數(shù)據(jù)幀或錯(cuò)誤幀）、特定的標(biāo)識(shí)符或數(shù)據(jù)內(nèi)容觸發(fā)。

觸發(fā)示例：例如，對(duì)CAN XL，觸發(fā)器可以設(shè)置為在起始幀的尾部或在幀ID值為特定數(shù)字時(shí)觸發(fā)。

3

搜索功能

自動(dòng)化搜索：使用Wave Inspector自動(dòng)化搜索功能，可以找到符合特定搜索條件的所有總線事件。這類似于觸發(fā)設(shè)置，但用于在數(shù)據(jù)獲取后標(biāo)記和瀏覽事件。

搜索設(shè)置：可以設(shè)置搜索特定的起始幀、幀類型、優(yōu)先標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤類型等，以自動(dòng)搜索并標(biāo)記滿足這些條件的事件。

4

解析總線數(shù)據(jù)

解碼顯示：解碼的總線數(shù)據(jù)以顏色編碼的圖形方式顯示，使得總線元素（如起始幀、標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)和CRC值）清晰可見(jiàn)。

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：結(jié)果表格形式顯示總線活動(dòng)，可以輕松地與軟件列表進(jìn)行比較，計(jì)算執(zhí)行速度，并通過(guò)點(diǎn)擊表格中的一行來(lái)自動(dòng)放大對(duì)應(yīng)的總線信號(hào)和解碼波形。

｜結(jié)語(yǔ)｜

泰克示波器為汽車電子系統(tǒng)的調(diào)試提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，無(wú)論是在開(kāi)發(fā)、測(cè)試還是維護(hù)階段，都能幫助工程師有效提升工作效率和系統(tǒng)性能。其中，新2系示波器憑借其先進(jìn)的技術(shù)、用戶友好的操作界面以及充分的便捷性，確保了汽車電子系統(tǒng)在復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)中的可靠性和穩(wěn)定性。目前，新2系示波器現(xiàn)已加入“疊疊樂(lè)”計(jì)劃，詳情可通過(guò)閱讀原文了解。

審核編輯：劉清