如何使用ZPS-CANFD觀察CAN數(shù)據(jù)鏈路層的工作過程

CAN總線在數(shù)據(jù)鏈路層中的應用是其通信協(xié)議中的關鍵部分、它負責在物理層之上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。致遠第二代CAN總線分析儀ZPS-CANFD，除了可以完成CAN、CANFD總線物理層的一致性測試，同時也可以完成對CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層工作過程的觀察。

什么是數(shù)據(jù)鏈路層

在CAN總線應用中，物理層一致性測試成為各CAN總線廠家必測的校驗任務，以此來保證總線或節(jié)點產(chǎn)品有健康的信號質量。CAN總線的應用領域逐漸擴大，共模干擾、電磁干擾、信號衰減等影響總線通訊的因素也逐漸增強，數(shù)據(jù)傳輸過程中常常出現(xiàn)錯誤，而物理層只負責透明的傳輸結構的原始比特流，不能進行任何錯誤控制。因此，當需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路（鏈路）外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實現(xiàn)這些規(guī)程的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）。

數(shù)據(jù)鏈路層主要由兩個部分組成， MAC子層（媒體訪問控制子層）、LLC子層（邏輯鏈路控制子層）。如圖1所示為目前國際標準“ISO 11898-1：2015（E）”中 數(shù)據(jù)鏈路層CAN的分層架構圖。

圖1 CAN的分層架構圖

MAC子層

MAC子層是CAN協(xié)議的關鍵組成部分，主要負責將物理層接收到的信號組織成具有實際意義的信息，并管理錯誤控制等傳輸流程，MAC子層主要功能有以下幾點：消息的幀化處理：將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成符合CAN協(xié)議的幀格式；仲裁：通過非破壞性仲裁機制解決多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時的沖突；應答：接收節(jié)點通過應答機制確認數(shù)據(jù)的正確接收；錯誤的檢測和報告：檢測通信過程中的錯誤，并通過錯誤幀向其他節(jié)點報告。在ZPS-CANFD中，我們可以通過報文解碼界面，清晰地看到幀格式，如仲裁場、應答場信息。除此之外，我們也可以在Decode界面中看到填充位（即白色填充位置），如圖2所示：

圖2 報文解碼

也可以通過報文接收窗口，觀察錯誤幀類型，如圖3所示：

圖3 幀錯誤類型標記LLC子層LLC子層雖然在CAN協(xié)議標準中沒有明確劃分，但我們通常可以將幀過濾、報文重發(fā)等邏輯控制功能歸為LLC子層的范圍：報文過濾：通過過濾器只保留想看的報文；報文重發(fā)：在檢測到通信錯誤或未收到應答時，自動重發(fā)報文。ZPS-CANFD中，擁有報文過濾的功能和出現(xiàn)錯誤幀時報文重發(fā)的機制，我們可以通過報文接收界面觀察只想看的報文以及觀察報文重發(fā)的過程以及重發(fā)報文的信息，如圖4所示為某報文文件過濾后的錯誤幀報文。

圖4 錯誤幀

除此之外，ZPS還可以通過ID、DLC長度、幀類型、時間等等參數(shù)進行過濾，如圖5所示為自定義過濾編輯器。

圖5 過濾編輯器在報文

接收界面可以看到報文重發(fā)的過程，在總線負載率界面我們可以觀察到Busoff恢復過程，Busoff恢復是指當CAN節(jié)點發(fā)送錯誤計數(shù)器超過255次時，節(jié)點會進入Busoff狀態(tài)，為了避免某個設備因自身原因導致無法正確發(fā)送報文而不斷破壞總線的數(shù)據(jù)幀，CAN總線網(wǎng)絡具有嚴格的錯誤診斷功能。在ZPS中，可以卡光標來測量幀間隔從而知道Busoff恢復時間，如圖6所示：

圖6 Busoff恢復觀察總結CAN總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層是實現(xiàn)CAN通信的關鍵部分，它負責在物理層之上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，通過幀同步、差錯控制、流量控制和訪問控制等功能，CAN協(xié)議確保多個節(jié)點之間的高效、可靠通信。我們的ZPS-CANFD正好可以做到這幾點，協(xié)助我們觀察錯誤機制處理的過程，這些功能和機制共同構成了CAN總線協(xié)議強大的通信功能，使其在眾多領域得到廣泛應用。