CAN總線丟幀案例診斷經(jīng)驗(yàn)

一、現(xiàn)場通訊故障描述


用戶現(xiàn)場為一煤安監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)主站設(shè)備、兩個(gè)分站設(shè)備，主站設(shè)備對(duì)分站設(shè)備進(jìn)行輪詢式數(shù)據(jù)查詢。故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)分站上傳的數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失現(xiàn)象。致遠(yuǎn)電子工程師將專業(yè)工具——CANScope分析儀接入故障網(wǎng)絡(luò)捕獲數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分析?，F(xiàn)場情況如圖1所示。

圖1現(xiàn)場測試圖片

二、對(duì)故障通訊網(wǎng)絡(luò)快速體檢

監(jiān)控系統(tǒng)上電工作后，記錄一段時(shí)間數(shù)據(jù)，通過【報(bào)文幀統(tǒng)計(jì)功能】分析，此次測試樣本為135個(gè)幀，成功報(bào)文119個(gè)，正確率為88.15%。錯(cuò)誤幀類型主要包括CRC定界符錯(cuò)誤、幀結(jié)束錯(cuò)誤、應(yīng)答定界符錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)場填充錯(cuò)誤。使用CANScope分析儀輕松捕獲到網(wǎng)絡(luò)中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2報(bào)文幀統(tǒng)計(jì)結(jié)果

三、數(shù)據(jù)丟失分析

由于用戶采取輪詢的方式查詢分站數(shù)據(jù)，存在固有的數(shù)據(jù)周期，通過【流量分析功能】可以發(fā)現(xiàn)，未丟數(shù)據(jù)的周期中，包含7條有效報(bào)文，如圖3所示。

圖3未丟數(shù)據(jù)周期

丟數(shù)據(jù)的周期中出現(xiàn)了紅色的錯(cuò)誤幀，如圖4所示。有效報(bào)文數(shù)量=周期報(bào)文總數(shù)7-錯(cuò)誤幀數(shù)量。我們都知道在正常模式下CAN總線中出現(xiàn)錯(cuò)誤幀后底層會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重發(fā)，保證報(bào)文不會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤幀而丟失，然而在本網(wǎng)絡(luò)中這一機(jī)制未能實(shí)現(xiàn)。通過檢查軟件，發(fā)現(xiàn)軟件工程師在CAN控制器初始化代碼中禁用了重發(fā)功能，導(dǎo)致錯(cuò)誤幀不能重發(fā)。

圖4丟數(shù)據(jù)周期

四、錯(cuò)誤幀分析

通過修改代碼解決了數(shù)據(jù)重發(fā)的問題，但是網(wǎng)絡(luò)中偶爾冒出的錯(cuò)誤幀仍然是工程師的一塊心病，錯(cuò)誤重發(fā)機(jī)制的使能僅僅是治標(biāo)不治本，那么究竟是什么原因?qū)е翪AN網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)錯(cuò)誤幀呢？這就需要借助CANScope的信號(hào)質(zhì)量分析功能。通過觀察錯(cuò)誤幀的波形我們發(fā)現(xiàn)，CAN信號(hào)上存在很嚴(yán)重的共模干擾，使得CAN_H和CAN_L上的單線波形畸變嚴(yán)重，如圖5所示。

圖5波形分析

選取一條錯(cuò)誤幀使用【FFT分析功能】進(jìn)行分析可以看到該錯(cuò)誤幀信號(hào)上的頻域特性，其中在27KHz頻點(diǎn)上存在很強(qiáng)的能量，幅值甚至達(dá)到了1.38V，如圖6所示。我們知道CAN總線的顯隱性電平的壓差很小，1V左右的干擾很容易導(dǎo)致電平識(shí)別錯(cuò)誤，出現(xiàn)錯(cuò)誤幀。

圖6FFT分析

這一干擾是否具有統(tǒng)計(jì)特性呢，使用【干擾統(tǒng)計(jì)功能】針對(duì)所有樣本數(shù)據(jù)做干擾頻點(diǎn)強(qiáng)度排序，可以發(fā)現(xiàn)干擾最強(qiáng)的頻點(diǎn)集中在27KHz附近，如圖7所示。因此在CAN網(wǎng)絡(luò)附近確實(shí)存在這樣一個(gè)干擾源。經(jīng)過工程師們的排查發(fā)現(xiàn)，這一干擾頻率與開關(guān)電源的開關(guān)頻率最吻合，由于所有CAN節(jié)點(diǎn)未做隔離導(dǎo)致電源串?dāng)_，引發(fā)錯(cuò)誤幀。

圖7干擾統(tǒng)計(jì)

五、總結(jié)

使用致遠(yuǎn)電子的CANScope分析儀為何能夠標(biāo)本兼治地解決CAN網(wǎng)絡(luò)通訊故障呢？

這是因?yàn)镃ANScope總線綜合分析儀是一款綜合性的CAN總線開發(fā)與測試的專業(yè)工具，集海量存儲(chǔ)示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、誤碼率分析儀、協(xié)議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機(jī)的整合和關(guān)聯(lián)；重新定義CAN總線的開發(fā)測試方法，可對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)通信正確性、可靠性、合理性進(jìn)行多角度全方位的評(píng)估；幫助用戶快速定位故障節(jié)點(diǎn)，解決CAN總線應(yīng)用的各種問題，是CAN總線開發(fā)測試的終極工具。