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CANoe CAN采樣點(diǎn)測(cè)試方法及誤差分析

2024-11-21 21:02:36　來源: 新能源自動(dòng)駕駛

上海舉報(bào)

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在車載控制器中，CAN采樣點(diǎn)的測(cè)試是控制器的基本測(cè)試之一，那CAN總線的采樣點(diǎn)一般怎么測(cè)試呢？今天一起來捋一捋。

首先CAN報(bào)文的位將分割為同步段（Sync Segment）、時(shí)間片段 1（TSEG1 Segment）和時(shí)間片段 2（TSEG2 Segment）。這些片段由不同數(shù)量的 TQ 組成， TQ 為該總線電平中最小的時(shí)間單位。預(yù)分頻（Prescaler）值以及收發(fā)器使用的時(shí)鐘頻率直接影響了一個(gè)位長度的總 TQ 數(shù)量。采樣點(diǎn)位置將由各個(gè)片段中 TQ 的數(shù)量計(jì)算得到。

1 個(gè)位中包含 8 或 16 個(gè) TQ 的分段示意圖

采樣點(diǎn)的理論計(jì)算值可由下式得到：

= ( + 1)/( + 1 + 2)

在此必須知道所使用的 CAN 時(shí)鐘頻率，以此來計(jì)算一個(gè)標(biāo)稱位時(shí)間所使用的總 TQ 數(shù)量。

例如：若一個(gè) TQ 的長度為 0.0625us，時(shí)鐘頻率是 16MHz（通常 CAN 所使用的時(shí)鐘頻率），預(yù)分頻數(shù)為1。這就導(dǎo)致在 500kBaud 下一個(gè)位含有 32 個(gè) TQ。若預(yù)分頻數(shù)為 2，則一個(gè)位包含 16 個(gè) TQ。

同步段（Sync Segment）在任何情況下均僅為 1 個(gè) TQ 長度，剩余的 TQ 將會(huì)被分為 TSEG1 和 TSEG2。

例如：若一個(gè)位的總 TQ 數(shù)為 16，采樣點(diǎn)位置為 75%，則 TSEG1 的 TQ 數(shù)為 11， TSEG2 的 TQ 數(shù)為 4。

CAN采樣點(diǎn)測(cè)試的原理是節(jié)點(diǎn)判斷信號(hào)邏輯電平的位置，對(duì) CAN總線來說極其重要，尤其是在一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)里，多個(gè)節(jié)點(diǎn)要保持同一個(gè)采樣點(diǎn)。如果其中一個(gè)偏差較大，有可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，所以對(duì) CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣點(diǎn)的測(cè)試顯得尤為重要，采樣點(diǎn)測(cè)試目的用于檢查控制器的采樣點(diǎn)設(shè)置是否遵守規(guī)范要求。

采樣點(diǎn)的位置不受控制器所處的收發(fā)狀態(tài)影響，故針對(duì)采樣點(diǎn)測(cè)試既可以干擾控制器發(fā)送的指定報(bào)文的某個(gè)位，也可以通過測(cè)試工具發(fā)送特定干擾報(bào)文去檢測(cè)控制器的行為。

下面以CANoe發(fā)送特定干擾報(bào)文的方法為例。VH6501 在檢測(cè)到總線空閑時(shí)，發(fā)送較高優(yōu)先級(jí)的特定干擾報(bào)文，完成一個(gè)干擾循環(huán)。每次干擾循環(huán)發(fā)送結(jié)束，微調(diào) CRC Delimiter 位長度，使其逐次縮短，導(dǎo)致后一位 ACK Slot前移，并將 ACK Slot 長度增加，保證整幀報(bào)文的長度不變。當(dāng)顯性位電平由后往前，移至 DUT 采樣點(diǎn)位置，會(huì)被 DUT 采到并判定 CRC Delimiter 位為高電平，出現(xiàn)格式錯(cuò)誤，DUT 隨即發(fā)送錯(cuò)誤幀，并被 CANoe 采集到。另外每次干擾循環(huán)結(jié)束， VH6501 將發(fā)送 30 次控制器正常接收的任意一幀正常報(bào)文，從而使 DUT 始終保持 Error Active 狀態(tài)，因其主動(dòng)錯(cuò)誤幀容易辨認(rèn)。

那CANoe工程如何配置呢？首先打開軟件后，選擇CANoe的示例工程Disturbance SamplePoint Test (CAN)。進(jìn)入工程后，將 VH6501 通道分配給軟件通道 CAN1，在下圖所示界面設(shè)置 Mode 為 CAN，并勾選 Activate 選項(xiàng)使能 VH6501 總線干擾功能。

VH6501 的采樣點(diǎn)設(shè)置盡量靠前，確保優(yōu)先干擾到控制器的采樣點(diǎn)，此處BTL Cycles（指的是TQ數(shù)量，將一個(gè)位分為16個(gè)TQ）和SJW（同步跳變寬度）要選擇數(shù)值較大的組合，可參考下圖配置。

配置完成之后，就可以寫capl測(cè)試腳本了。

/*@!Encoding:936*/
includes
{

}
variables
{
CanDisturbanceFrameTrigger frameTrigger;
CanDisturbanceFrameSequence frameSequence;
CanDisturbanceSequence sequence;
CanDisturbanceTriggerRepetitions repetitions;
const int repetition_times_in_one_cycle = 10;
//Number of disturbance repetitions in a cycle
long result;
long errfrmcount; //The error frame count in one cycle
long first_err_bit_length,first_error_occur, ten_error_occur;
long validityMask;
long cycleFlag;
message 0x100 triggerMessage; //The trigger
message.(ID is not important.)
message 0x0 spTestMsg; //The disturbance frame sequence which CRC DEL need to be shorten.
message 0x1 Keep_DUT_ErrorActive;
const long CountMsgKeepErrorActive = 30;
long MsgCntKeepErrorActive = 0;
char spTestDone[33] = "SPDone";
}
on errorFrame
{
if(this.msgChannel == @sysvar::CANDisturbanceInterface1::ChannelNo)
{
errfrmcount++;
if((errfrmcount == 1) && (first_error_occur == 0))
{
      first_err_bit_length = frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0];
first_error_occur = 1;
write("+++++++++First error frame occurs+++++++++++.");
}
if(errfrmcount == repetition_times_in_one_cycle)
{
ten_error_occur = 1;
testSupplyTextEvent(spTestDone);
}
}
}

on message 0x1
{
if(MsgCntKeepErrorActive <= CountMsgKeepErrorActive)
{
++MsgCntKeepErrorActive;
output(Keep_DUT_ErrorActive);
}
else
{
ActivateTriggerAgain();
}
}

void ActivateTriggerAgain()
{
if(ten_error_occur == 0)
{
errfrmcount = 0;
//CRC Delimiter is shorten with 6.25ns per cycle.
    --frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0];
++frameSequence.AckSlot.BitSequence[0].segmentLength[0];
result = canDisturbanceTriggerEnable(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,frameTrigger, frameSequence, repetitions);
if(result == 1)
{
write("Trigger is enabled,
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] = %d",
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0]);
}
else
{
write("Enable trigger error Result = %d", result);
}
}
}

on sysvar sysvar::CANDisturbanceInterface1::Trigger::State
{
//6501 is Idle after repetition_times_in_one_cycle finish
if(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::Trigger::State == 0)
{
    //At the end of each disturbance cycle, the VH6501 need to outputsome normal message to prevent the DUT from being in a passive error state
    //because the passive error frame is not easily to be observed and
//identified.
MsgCntKeepErrorActive = 0;
output(Keep_DUT_ErrorActive);
}
}

testcase SamplePointTest_forVH6501()
{
first_error_occur = 0;
ten_error_occur = 0;
errfrmcount = 0;
cycleFlag = 1;
  frameSequence.SetMessage(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,spTestMsg);
validityMask = 0; //trigger on any CAN messages
frameTrigger.SetMessage(triggerMessage,
@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo, validityMask);
frameTrigger.TriggerFieldType =
@sysvar::CanDisturbance::Enums::FieldType::EndOfFrame;
  frameTrigger.TriggerFieldOffset = 9; //Trigger position is the thirdbit of IFS.
write("CRC Delimiter Bit Length = %d",
  frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0]);
repetitions.Cycles = 1;
repetitions.HoldOffCycles = 0;
repetitions.HoldOffRepetitions = 0;
repetitions.Repetitions = repetition_times_in_one_cycle;
  result = canDisturbanceTriggerEnable(@sysvar::CANDisturbanceInterface1::DeviceNo,frameTrigger,frameSequence,repetitions);

if(result == 1)
  {
write("Trigger is enabled.");
  }
else
{
write("Enable trigger error Result = %d", result);
}
result = testWaitForTextEvent(spTestDone, 10000);
if(result == 1)
{
write("frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] = %d
, sample point lies in %f%%~%f%%",
frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0],
(frameSequence.CRCDelimiter.BitSequence[0].segmentLength[0] * 100.00) /
frameSequence.DLC.BitSequence[1].segmentLength[0], (first_err_bit_length *
100.00) / frameSequence.DLC.BitSequence[1].segmentLength[0]);
}
}

void maintest()
{
SamplePointTest_forVH6501();
}

那采樣點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果一般受什么影響呢？一般來說受3個(gè)因素影響。

在總線信號(hào)和 RxD 引腳信號(hào)上影響采樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果的因素示意圖

?指VH6501每次縮短或增長的步進(jìn)長度。

?指控制器的CAN參數(shù)配置中一個(gè)TQ的時(shí)間長度。

?指總線上一個(gè)位的電平長度與控制器內(nèi)部主控芯片 RxD 引腳上的一個(gè)位電平長度的時(shí)間差。? = () - ()

如果一個(gè) CAN 的設(shè)備使用的時(shí)鐘對(duì)應(yīng)的最小 TQ 時(shí)間長度在?的范圍內(nèi)，并且實(shí)際 TQ 配置在此范圍內(nèi)，則?所帶來的誤差需要考慮在采樣點(diǎn)測(cè)試的結(jié)果中。ISO11898-2: 2015規(guī)定了在2MBaud下，規(guī)定了?的允許范圍為-65ns 到+40ns。而對(duì)于 2MBaud下，一個(gè)位時(shí)間長度為500ns，這意味著在RxD引腳上的為時(shí)間長度將會(huì)比在總線上的為時(shí)間長度短13%或長 8%。而 TQ 時(shí)間長度的計(jì)算公式為：? =/

如果在 2MBaud 下, 一個(gè) TQ 的時(shí)間長度小于一個(gè)位的 13%，則?將會(huì)被考慮進(jìn)采樣點(diǎn)測(cè)試的結(jié)果當(dāng)中。具體的誤差將取決于 CAN 發(fā)送器和使用的波特率。

假設(shè) CAN 時(shí)鐘頻率為 80MHz， ?為 25ns，預(yù)分頻（Prescaler）為 1， ?為 12.5ns， ?為6.25ns。仲裁相為 500kBaud，數(shù)據(jù)相為 2MBaud。

這意味著?所帶來的誤差在仲裁相為 1.25%，在數(shù)據(jù)相則會(huì)上升到 5%（由于單個(gè)位時(shí)間長度縮短了）。這幾乎相當(dāng)于 2 個(gè) TQ 的時(shí)間長度。測(cè)試工具 VH6501 步進(jìn)長度?所帶來的誤差分別為0.3125%和 1.25%。

由于 CAN 協(xié)議 11898 中并未規(guī)定重同步后跳變沿一定要在同步段（Sync Segment）的哪個(gè)位置，從同步段（Sync Segment）的開始到結(jié)束均可以，因此這會(huì)帶來 1 個(gè) TQ 的誤差。在仲裁相和數(shù)據(jù)相中帶來的誤差分別為 0.625%和 2.5%。

因此綜上所述，在仲裁相中總的最大誤差為 2.1875%（1.25% + 0.3125% + 0.625%），在數(shù)據(jù)相中總的最大誤差為 8.75%（5% + 1.25% + 2.5%）。

由上可知，由 VH6501 所帶來的誤差所占比例是很小的。而大部分是由于 CAN 協(xié)議本身所帶來的誤差。

-end-

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