今天的汽車設(shè)計融合了多領(lǐng)域技術(shù)進步的成果，發(fā)動機、操控系統(tǒng)、安全汽囊、 ABS、車載娛樂、雨刷、輪胎等構(gòu)成了一套車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如下圖1所示。車輛高速行駛時，車載網(wǎng)絡(luò)的不同部件（或節(jié)點）需要交換大量信息，既有高速的信號也有低速信號，目的是為了保證行駛的安全性和乘員舒適性。為了改善系統(tǒng)通信質(zhì)量，降低成本，今天所有的汽車設(shè)計都采用了大量串行總線通信協(xié)議，I2C 和SPI 協(xié)議在電子控制單元(ECUs)中的片對片通信中經(jīng)常使用。對于各種汽車子系統(tǒng)之間的持久串行通信，例如防盜鎖，氣囊展開，發(fā)動機控制和GPS 導航等，CAN，LIN 以及FlexRay協(xié)議是最常見的串行總線應(yīng)用。

 

       在汽車設(shè)計階段，工程師需要一套完整的測試工具，能對復雜的汽車總線系統(tǒng)進行深入分析，以清楚了解總線上正在發(fā)生的事情。工程師不僅需要看到總線上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，還需要隔離感興趣的事件，同時還要確定問題的類型和解決辦法，這些需求都對儀器儀表廠商帶來巨大的挑戰(zhàn)。

圖1  典型的汽車網(wǎng)絡(luò)部件

 

       力科為汽車總線系統(tǒng)測試提供的方案包括通用數(shù)字示波器WaveRunner Xi，高壓差分探頭ADP305，以及專門的應(yīng)用軟件包。對CAN總線測試而言，CANBus TDM軟件包提供總線觸發(fā)、解碼和測量功能； LINBus TD軟件包則提供LIN總線的觸發(fā)和解碼功能，同時針對新型的FlexRay總線測試需求，力科還提供FlexRay TDP軟件包，不僅能進行FlexRay總線的觸發(fā)和解碼操作，而且可以分析物理層信號完整性包括眼圖和抖動質(zhì)量。下文重點介紹這些軟件包的主要功能。

 

2、 CANBus  TDM的主要功能

2.1、總線觸發(fā)功能

       在汽車總線調(diào)試過程中，通常必須確認某個特點消息已經(jīng)通過總線生成或發(fā)送。消息幀中包含嵌入式數(shù)據(jù)值和其他消息。常用的示波器功能如狀態(tài)觸發(fā)或碼型觸發(fā)不適用這一目的，它們是為多條通道上的并行數(shù)據(jù)設(shè)計的。這就需要一種可以對串行比流內(nèi)容作出響應(yīng)的觸發(fā)功能。

 

       CANBus TDM軟件包的Trigger功能支持按照消息幀的不同內(nèi)容觸發(fā)信號，可以根據(jù) 數(shù)據(jù)幀類型（Remote、Data或Error）、ID、 ID 位長度（29位或11位）、數(shù)據(jù)凈荷、DLC等協(xié)議字段進行觸發(fā)。比如，工程師只對ID=0x7a6的CAN消息感興趣，可以按照圖2所示界面設(shè)置觸發(fā)條件。

圖2  CANbus TDM觸發(fā)設(shè)置界面

 

2.2、總線解碼功能

        CANbus TDM中的Decode功能采用先進的軟件算法，將探頭捕獲到的CAN波形分解成協(xié)議解碼信息，然后把解碼后的數(shù)據(jù)疊加在波形上。根據(jù)時基設(shè)置或縮放程度，可以精簡或擴展解碼信息，更好地協(xié)助了解短采集或長采集中的事件。協(xié)議的各個字段如 ID、數(shù)據(jù)凈荷、CRC等都采用不同顏色區(qū)域標記，理解起來非常容易。通信周期開始幀和錯幀高亮度顯示。解碼操作非常快，即使在長采集中也不例外。用戶可以選擇解碼成十六進制或二進制格式。力科專門的汽車總線分析儀VBA型號還支持工業(yè)標準的DBC格式文件直接將數(shù)據(jù)翻譯成文本符號，更加方便工程師調(diào)試汽車網(wǎng)絡(luò)。下圖3顯示了力科示波器解碼CAN消息幀后的效果。

圖3  CANbus TDM 總線解碼界面

 

2.3、識別錯誤幀類型并標記

      CAN總線出錯的類型有很多可能，包括ACK錯誤、CRC錯誤、填充位錯誤、數(shù)據(jù)格式錯誤等。一些示波器廠家的CANbus軟件包僅能標記出數(shù)據(jù)幀為”Error”，但不能區(qū)分究竟是具體的錯誤類型，這對工程師調(diào)試總線問題是很不方便的。而力科的 CANBus TDM提供了此功能，不僅能夠識別總線錯誤類型，而且能用高亮顏色區(qū)域標注在波形上方，為工程師迅速定位總線錯誤來源提供了有效手段。下圖4為力科示波器屏幕上標注的”CRC Error”總線出錯狀態(tài)。

圖4  總線CRC錯誤識別并高亮標注

 

2.4、總線參數(shù)測量功能

       CANbus TDM提供了一種革命性的分析能力，不僅能按數(shù)據(jù)幀內(nèi)容觸發(fā)和解碼，而且提供了測量/圖示工具，可以大大提高用戶調(diào)試和驗證CAN ECU或網(wǎng)絡(luò)性能的能力。作為TDM工具集的一部分，CAN Measure/Graph(CAN測量/圖示功能)在力科示波器已經(jīng)提供的150多個參數(shù)中增加了5個CAN特定測量參數(shù)。此外，與直方圖參數(shù)一樣，也可為這些參數(shù)繪制直方圖、趨勢圖和追蹤圖。下面概括了CAN參數(shù)集：

# CANLoad – 計算每次采集的CANbus負荷，用百分比表示，并能夠過濾計算負荷使用的消息。

# CANtoAnalog – 測量模擬信號邊沿跳變與指定CAN消息之間的時間延遲。

# CANtoCAN – 兩個指定CAN消息之間的時間延遲。

# CANtoValue – 計算嵌入CAN消息數(shù)據(jù)字節(jié)中的值。

# t@CAN – 計算從觸發(fā)到指定CAN消息的時間。

 

下圖5示例了如何測量從“喚醒“信號跳變沿到之后第一個CAN消息幀起始位的時間間隔，通過使用CANtoAnalog參數(shù)實現(xiàn)。

圖5  CANtoAnalog 總線參數(shù)測量界面

 

2.5、符號化解碼功能

       力科汽車總線分析儀(Vehicle Bus Analyzer,簡稱VBA)是業(yè)內(nèi)首款能將CAN串行信號（物理層）轉(zhuǎn)換成符號文本（協(xié)議層）的通用示波器，工程師因此具有了完整的分析CAN協(xié)議棧的能力-符號文本、十六進制和電氣信號，同時也能夠查看電路中其他能夠影響CAN總線的電氣信號包括喚醒信號、復位信號、傳感器信號等等），這是某些CANBus占用分析儀器無法實現(xiàn)的功能。現(xiàn)在的汽車電子系統(tǒng)越來越復雜，網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點規(guī)模和信息量也日益增加，僅能識別數(shù)據(jù)幀成十六進制或二進制是遠遠不夠的，需要能將數(shù)據(jù)內(nèi)容直接翻譯成有意義容易讀取文本符號，如下圖6所示，ID:011被譯碼成”發(fā)動機”并顯示在數(shù)據(jù)上方，方便工程師迅速了解總線上的每個部件實體的具體行為。力科VBA示波器支持工業(yè)標準的DBC數(shù)據(jù)格式，這類文件將ID和數(shù)據(jù)凈荷映射成直觀的文本符號，客戶可以很方便通過文本編輯器創(chuàng)建DBC數(shù)據(jù)文件。

圖6  符號文本解碼界面

 

3、LINBus 和FlexRay 總線測試功能

       LIN總線協(xié)議創(chuàng)建于1998年，最初的發(fā)起人為五家汽車制造商、一家軟件工具制造商和一家半導體廠商，該協(xié)議的主要目的集中在定義一套開放的標準，以低成本的方式實現(xiàn)車輛內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Local Interconnect Networks，LIN）。很多情況下汽車系統(tǒng)無論是帶寬還是復雜性都不必用到 CAN網(wǎng)絡(luò)，而更低成本的 LIN網(wǎng)絡(luò)是性價比更好的解決方案。針對工程師測試和分析LIN總線的需求，力科示波器也支持類似CANBus TD功能的軟件包- LINBus TD，包括總線觸發(fā)和解碼兩部分。下圖7是 LINBus TD的解碼示意：

圖7  LINBus總線解碼界面

 

       FlexRay 總線是面向下一代高速車載通信技術(shù)，數(shù)據(jù)率高達10Mbps，比CAN網(wǎng)絡(luò)速度快10倍以上，將是未來車載網(wǎng)絡(luò)的主流平臺。力科于2007年在全球率先發(fā)布了示波器平臺上的FlexRay測試方案FlexRay TDP(Trigger+Decode+Physical Layer)，集總線觸發(fā)、解碼、物理層信號完整性分析功能與一體，是目前業(yè)界最完整也是最強大的FlexRay總線分析方案，其主要功能列表如下：

# FlexRay協(xié)議2.1版觸發(fā)和解碼功能

# 直觀的色碼解碼重疊功能，簡便地查看解碼成十六進制或二進制的數(shù)據(jù)

# 支持下述觸發(fā)：

– 幀ID (靜態(tài)和動態(tài))

– 幀周期數(shù)

– 幀判定符

# 凈荷前置碼指示符

# 空幀指示符(NFI)

#  同步幀指示符(SyFI)

# 啟動幀指示符(StFI)

– TSS符號

# 支持2.5, 5和10 Mb/s FlexRay版本

# 即使在長記錄上仍能快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼

# 方便的表格顯示，支持快速“縮放到字節(jié)”功能

# 能夠快速搜索特定消息包

 

4、汽車總線分析儀

       工程師永遠都希望得到性價比最好的工具，不僅希望付出盡可能低的成本，而且還要得到全部需要的功能。力科公司最新推出的汽車總線分析儀VBA Xi-A基于通用型示波器平臺WaveRunner Xi-A，集成的功能列表包括：

# CANBus TDM軟件包的全部功能；

# LINBus  TD軟件包的全部功能；

# FlexRay TDP軟件包的全部功能；

# 支持 DBC格式導入和符號文本解碼；

# 通用數(shù)字示波器的全部功能。

 

     擁有以上功能的新型汽車總線分析儀VBA完全滿足了工程師對新一代汽車總線網(wǎng)絡(luò)測試和分析的全部需求。

 

5、結(jié)語

      工程師對汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)測試的基本需求包括CAN總線觸發(fā)、解碼和測量功能，更高級需求涵蓋了DBC格式文件讀取、數(shù)據(jù)內(nèi)容符號化解碼、錯誤幀類型識別并標注、LINBus總線觸發(fā)和解碼、FlexRay總線觸發(fā)、解碼和物理層信號完整性分析，除此之外，工程師還需要具有通用信號測試能力的示波器，以了解其他可能影響汽車網(wǎng)絡(luò)性能的電氣信號。針對工程師的這些需求，力科最新推出的汽車總線分析儀VBA Xi-A完全支持上述功能，是目前業(yè)界最全面的汽車總線測試方案。