A simple intro to CAN errors

CAN總線錯(cuò)誤

介

紹

在本系列文章中，我們將為您詳細(xì)介紹CAN總線錯(cuò)誤的相關(guān)知識(shí)，包括CAN總線錯(cuò)誤的基礎(chǔ)概念、CAN總線錯(cuò)誤的類型、CAN錯(cuò)誤幀和CAN節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤狀態(tài)，并通過(guò)實(shí)際的應(yīng)用測(cè)試生成并記錄CAN錯(cuò)誤。

在之前發(fā)布的文章中，我們介紹了CAN錯(cuò)誤和錯(cuò)誤處理的理論基礎(chǔ)，而在本篇文章中，我們將在實(shí)踐中生成和記錄錯(cuò)誤。測(cè)試過(guò)程中將使用到虹科的CANedge數(shù)據(jù)記錄儀和PCAN-USB設(shè)備。

測(cè)試1

沒(méi)有CAN總線錯(cuò)誤

為了便于對(duì)照，我們?cè)O(shè)置了沒(méi)有CAN總線錯(cuò)誤的測(cè)試：一個(gè) CANedge2 的“發(fā)送器”將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個(gè) CANedge2 的“接收器”，并且兩者都能夠記錄CAN總線錯(cuò)誤。

測(cè)試2

移除CAN總線終端電阻

在這個(gè)測(cè)試中，我們?cè)谌罩緯?huì)話過(guò)程中移除了 CAN 終端電阻。這可以有效地將位電平設(shè)置為顯性。同時(shí)，CANedge2發(fā)送器立即開(kāi)始記錄位錯(cuò)誤（當(dāng)它嘗試發(fā)送隱性位但讀取顯性位時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況）。CANedge2 接收器在檢測(cè)到 6 個(gè)連續(xù)顯性位時(shí)記錄位填充錯(cuò)誤。記錄這些錯(cuò)誤，直到再次添加終止。

在記錄來(lái)自車輛、機(jī)器等的數(shù)據(jù)時(shí)，缺少終端電阻似乎并沒(méi)有影響，但是，在使用“測(cè)試臺(tái)”設(shè)置時(shí)，這個(gè)問(wèn)題非常常見(jiàn)，并可能導(dǎo)致混淆，因?yàn)樗y以與非活動(dòng)CAN總線區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，在CANedge數(shù)據(jù)記錄儀上啟用錯(cuò)誤幀記錄幀對(duì)于故障排除而言是十分有效的。

發(fā)送器位填充錯(cuò)誤

接收器位填充錯(cuò)誤

測(cè)試3

設(shè)置錯(cuò)誤的波特率

在這個(gè)測(cè)試中，我們將CANedge接收器節(jié)點(diǎn)配置為具有492.872K波特率，而發(fā)送器的波特率為500K，這是一個(gè)相當(dāng)大的差異，并導(dǎo)致發(fā)送器的ACK錯(cuò)誤和接收器的位填充錯(cuò)誤。在更現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的波特率配置的較小差異可能會(huì)導(dǎo)致間歇性錯(cuò)誤幀，從而導(dǎo)致消息丟失。

這個(gè)例子比較極端，然而，在實(shí)踐中，我們有時(shí)會(huì)看到使用標(biāo)準(zhǔn)比特率（250K、500K、……）的CAN總線，但其特定的位時(shí)序設(shè)置與通常推薦的設(shè)置不同。這不會(huì)導(dǎo)致通信完全關(guān)閉，但會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)百分比的周期性幀丟失。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在CANedge配置中構(gòu)建一個(gè)“預(yù)定義比特率”，本質(zhì)上是設(shè)置位時(shí)序以更好地匹配正在記錄的CAN總線。

發(fā)送器ACK錯(cuò)誤

接收器位填充錯(cuò)誤

測(cè)試4

移除應(yīng)答CAN節(jié)點(diǎn)

在本次測(cè)試中，我們使用了三個(gè)配置如下的 CANedge 單元：

CANedge1：配置為應(yīng)答數(shù)據(jù)

CANedge2 A：配置為“靜默模式”（無(wú)確認(rèn)）

CANedge2 B：配置為每 500ms 傳輸一個(gè) CAN 幀

在默認(rèn)設(shè)置中，數(shù)據(jù)由 CANedge2 B 傳輸?shù)?CAN 總線上并無(wú)錯(cuò)誤記錄。但是，如果我們從總線上移除 CANedge1，則不再有任何 CAN 節(jié)點(diǎn)來(lái)確認(rèn)發(fā)送器發(fā)送的幀。結(jié)果，發(fā)送器檢測(cè)到ACK 錯(cuò)誤。作為響應(yīng)，它增加其發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器并在 CAN 總線上產(chǎn)生活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。這些又由 CANedge2 A（它靜默監(jiān)控總線）記錄為格式錯(cuò)誤。

CANedge之所以會(huì)記錄格式錯(cuò)誤，是因?yàn)榘l(fā)送器在識(shí)別出ACK時(shí)隙中缺少顯性位時(shí)將其提高，一旦接收器在隨后的EOF字段中觀察到顯性位（本該是隱性的），就會(huì)檢測(cè)到格式錯(cuò)誤。

很明顯，當(dāng)TEC從0增加到16x8=128時(shí)，發(fā)送器會(huì)廣播16個(gè)主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。發(fā)送器現(xiàn)在已超過(guò)TEC的閾值127并進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤模式。因此，發(fā)送器仍然會(huì)遇到ACK錯(cuò)誤，但現(xiàn)在只會(huì)引發(fā)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（接收器不可見(jiàn)）。在這一點(diǎn)上，發(fā)送器不斷嘗試發(fā)送相同的幀，并且接收器不斷記錄這個(gè)重傳序列。

這種類型的錯(cuò)誤是我們?cè)诩夹g(shù)支持中經(jīng)常遇到的錯(cuò)誤。具體來(lái)說(shuō)，用戶會(huì)嘗試使用我們的CAN記錄器來(lái)記錄來(lái)自單個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)（例如從CANmod傳感器到CAN模塊），如果他們決定在這樣的安裝中啟用CANedge上的“靜默模式”，則沒(méi)有CAN節(jié)點(diǎn)將確認(rèn)單個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)，這樣得到的結(jié)果大概率將是空日志文件，或充滿相同CAN幀重傳的日志文件。

發(fā)送器ACK錯(cuò)誤

接收器格式錯(cuò)誤

測(cè)試5

CAN幀沖突（無(wú)重傳）

設(shè)置CAN總線時(shí)，避免CAN ID重復(fù)是關(guān)鍵，否則可能會(huì)導(dǎo)致幀沖突，因?yàn)閮蓚€(gè)CAN節(jié)點(diǎn)可能都認(rèn)為他們已經(jīng)贏得了仲裁，并同時(shí)開(kāi)始傳輸它們的幀。

為了模擬這一點(diǎn)，我們使用與測(cè)試4相同的設(shè)置。此外，我們連接了一個(gè)PCAN-USB設(shè)備作為輔助發(fā)送器。CANedge2發(fā)送器現(xiàn)在配置為每10ms輸出一個(gè)CAN ID為1且有效負(fù)載為8個(gè)0xFF字節(jié)的CAN幀。此外，我們將CANedge2配置為禁用因錯(cuò)誤中斷的幀的重新傳輸。PCAN-USB每2ms輸出一個(gè)相同的CAN幀，有效載荷的第一個(gè)字節(jié)更改為0xFE。PCAN設(shè)備已啟用重傳。

這種設(shè)置會(huì)迅速產(chǎn)生幀沖突，從而導(dǎo)致CANedge和PCAN發(fā)送器檢測(cè)到位錯(cuò)誤。作為對(duì)此的響應(yīng)，兩者都會(huì)引發(fā)一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，CANedge接收器將其檢測(cè)為位填充錯(cuò)誤。PCAN設(shè)備立即嘗試重新傳輸并成功，而CANedge等待進(jìn)一步傳輸，直到要發(fā)送下一個(gè)消息。

這種類型的錯(cuò)誤當(dāng)然不應(yīng)該發(fā)生在例如汽車中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)和測(cè)試過(guò)程將確保所有 CAN 節(jié)點(diǎn)通過(guò)全球唯一的 CAN 標(biāo)識(shí)符進(jìn)行通信。但是，如果您安裝第 3 方設(shè)備（例如傳感器到 CAN 模塊）以將數(shù)據(jù)注入現(xiàn)有 CAN 總線，則很容易出現(xiàn)此問(wèn)題。如果您不確保外部 CAN 節(jié)點(diǎn)的 CAN ID 的全局唯一性，您可能會(huì)導(dǎo)致幀沖突，從而導(dǎo)致 CAN 總線上的錯(cuò)誤。如果您的外部 CAN 節(jié)點(diǎn)廣播具有高優(yōu)先級(jí) CAN ID 的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)槟赡軙?huì)影響安全關(guān)鍵 CAN 節(jié)點(diǎn)。

PCAN發(fā)送器錯(cuò)誤

CANedge發(fā)送器位錯(cuò)誤

CANedge接收器位填充錯(cuò)誤

測(cè)試6

CAN幀沖突（包括重傳）

在這個(gè)測(cè)試中，我們使用與之前相同的設(shè)置，但在CANedge2發(fā)送器上啟用重傳。在這種情況下，幀沖突會(huì)導(dǎo)致一系列后續(xù)幀沖突，因?yàn)镃ANedge2和PCAN-USB設(shè)備都試圖重新傳輸其中斷的消息。

由于產(chǎn)生的位錯(cuò)誤，兩者都會(huì)引發(fā)總共16個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，它們被靜默CANedge2接收器檢測(cè)為位填充錯(cuò)誤。然后兩個(gè)發(fā)送器進(jìn)入錯(cuò)誤被動(dòng)模式并停止產(chǎn)生主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，這意味著它們都不能破壞總線上的CAN幀。結(jié)果，其中一個(gè)發(fā)送器將成功傳輸完整的消息，從而結(jié)束重傳，并使兩個(gè)設(shè)備都能恢復(fù)傳輸。但是，這僅持續(xù)幾秒鐘，然后發(fā)生另一次碰撞。

沖突處理是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明CAN錯(cuò)誤處理在“關(guān)閉”潛在有問(wèn)題的序列和使CAN節(jié)點(diǎn)能夠恢復(fù)通信方面很有效。如果發(fā)生幀沖突，很可能兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)都將設(shè)置為嘗試重傳，如果不是錯(cuò)誤處理和限制，則將導(dǎo)致阻塞。

CAN/LIN數(shù)據(jù)與錯(cuò)誤記錄器

虹科CANedge1讓您可以輕松地將數(shù)據(jù)從2xCAN/LIN總線記錄到8-32GB的SD卡中，并支持記錄CAN/LIN錯(cuò)誤。只需將其連接到汽車或卡車即可開(kāi)始記錄-并通過(guò)免費(fèi)軟件/API解碼數(shù)據(jù)。此外，升級(jí)版CANedge2添加了WiFi功能，讓您可以將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)侥约旱姆?wù)器，并通過(guò)無(wú)線方式更新設(shè)備。

CAN錯(cuò)誤幀記錄示例

1. OEM原型車中的CAN總線診斷

汽車OEM可能需要在后期原型測(cè)試期間在現(xiàn)場(chǎng)記錄CAN錯(cuò)誤幀。通過(guò)部署CANedge，OEM工程團(tuán)隊(duì)將能夠根據(jù)實(shí)際CAN信號(hào)（速度、RPM、溫度）以及與原型系統(tǒng)中較低層CAN通信相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行故障排除。如果感興趣的問(wèn)題是間歇性的，例如每月只發(fā)生一次或兩次，這一點(diǎn)尤其重要。在這種情況下，CAN總線接口不太適合，因?yàn)閾碛谐杀拘б娓叩脑O(shè)備以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展部署以更快地進(jìn)行故障排除變得越來(lái)越重要。

虹科車輛網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)在車用CAN總線方面有著十分豐富的技術(shù)積累，歡迎通過(guò)hongchesys@hkaco.com聯(lián)系虹科車輛網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)。

2. 遠(yuǎn)程排除機(jī)器中的CAN錯(cuò)誤

OEM或售后市場(chǎng)用戶可能需要在他們的機(jī)器中捕獲罕見(jiàn)的CAN錯(cuò)誤事件。為此，他們部署了一個(gè)CANedge2來(lái)記錄CAN數(shù)據(jù)和相關(guān)的錯(cuò)誤幀，并通過(guò)WiFi自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳到他們自己的云服務(wù)器。在這里，錯(cuò)誤會(huì)被自動(dòng)識(shí)別，并向工程團(tuán)隊(duì)發(fā)送警報(bào)，以便立即診斷和解決問(wèn)題。

虹科工業(yè)控制團(tuán)隊(duì)在CAN總線等工業(yè)通訊協(xié)議方面有著十分豐富的技術(shù)積累，歡迎通過(guò)hongconsys@hkaco.com聯(lián)系虹科工業(yè)控制團(tuán)隊(duì)。