如何验证CAN控制器的错误响应机制？

 

CAN节点的稳定性、可靠性和安全性得益于其强大的错误管理机制。上一篇文章我们介绍了CAN控制器的错误管理机制的工作原理（点击阅读）。本文将基于其工作原理及ISO16845-1：2016标准，为大家介绍使用ZPS-CANFD设备验证CAN控制器的错误响应过程。

 

CAN控制器的错误管理机制是保障CAN总线通信可靠性的关键机制，它能检测并处理多种错误情况，即位错误、填充错误、CRC错误、格式错误以及ACK错误，并及时地响应错误帧，另外通过错误计数器的数值（发送错误计数器TEC，接收错误计数器REC），它可以判断自身通信状态，如主动错误、被动错误和总线关闭，从而采取不同应对策略。
在CAN网络里，CAN节点既可以作为发送节点，也可以作为接收节点，当总线上出现错误时，可能是作为发送节点报出的错误，也可能是作为接收节点报出的错误，所以验证CAN控制器错误处理机制，需要从发送和接收两个方向进行测试。本文通过使用ZPS-CANFD设备提供的发送干扰和接收干扰功能，进行总线的错误注入，结合报文接收、报文解码窗口观察总线情况，分析错误帧的产生和错误计数器动作是否符合标准。

图1  ZPS-CANFD功能开启界面
 

接收错误响应能力验证

在CAN控制器的运行机制中，当面对不同的接收错误时，错误响应位置与REC增量存在一定的差异，部分错误发生后，下一位便紧跟错误标志位；而另一些错误出现后，要在随后几位才开始呈现错误标志位。在REC增量方面，不同错误导致的结果也各不相同，有的错误让REC以1为单位进行递增，有的使其以8为单位进行递增，还有的情况下REC保持不变。接下来我们将通过两个实例，介绍不同错误情形下，CAN控制器的接收错误检测结果以及REC增量是否符合标准。

 

实例一：CRC错误

 

1、验证目的

 

①观察出现CRC错误之后，错误帧生成位置是否符合标准；②观察出现错误帧之后，REC递增是否符合标准。

 

2、预期结果

 

①根据ISO16845-1:2016（E）标准中7.2.5小节要求，当DUT接收到CRC错误（CANFD帧的）之后，它将生成一个有效的错误帧，从CRC定界符后的第四位开始；②根据ISO16845-1:2016（E）标准中7.6.10小节要求，当DUT生成一帧错误帧后，它的REC应增加1。

 

3、硬件准备

 

ZPS-CANFD作为测量设备，简称ZPS。USBCANFD-200U作为被测设备，简称DUT。

 

4、软件准备

 

打开ZPS和DUT的软件，进行CAN通道参数的匹配（如波特率、终端电阻），并开启CAN通道，进行数据数据交互，ZPS参数设置如图2所示。

图2  波特率匹配注：

 

1、总线允许，代表CAN1通道启动；

 

2、ZPS的工作模式选择“只听应答模式”，ZPS不会回应错误帧，可以便于在对错误帧的波形分析时，只看到DUT发送的错误帧。

 

5、错误注

 

入打开ZPS软件的报文发送窗口，添加任意报文（例如ID 100的CANFD帧），然后点开高级按钮，勾选“发送干扰”，将干扰位置选择“自定义”，干扰类型选择“单位干扰”，干扰光标移到CRC的某个位，如图3所示。

图3  发送CRC错误注：CANFD帧的CRC场有固定填充位，所以发送CRC错误时，干扰光标不能选择固定填充位，且需离它远一些，否者会发送CRC固定填充位错误，这样就不符合该测试项的预期了。

 

6、验证结果

 

①在ZPS软件界面，观察错误帧的波形，当DUT接收到CRC错误后，它的错误帧从CRC定界符后的第四位开始发出，符合标准。如图4、图5所示，对比正确帧和错误帧的CRC定界符位置可以看出。

图4  正确CANFD帧时，CRC起始~CRC定界符宽度：23us

图5  DUT在CRC定界符后第四位开始发出错误帧注：主动错误帧格式：6个显性位+8个隐性位。
②查看DUT软件界面的错误信息，观察到当出现一帧错误帧时，REC+1，两帧错误帧时，REC+2，以此类推，符合标准。

图6  REC递增结果显示

 

实例二：EOF错误

 

1、验证目的

 

①观察出现EOF错误之后，错误帧生成位置是否符合标准；②观察出现错误帧之后，REC递增是否符合标准。

 

2、预期结果

 

①根据ISO16845-1:2016（E）标准中7.2.10小节要求，当DUT接收到EOF错误时，它将生成一个有效的错误帧，从损坏位的下一位位置开始。②根据ISO16845-1:2016（E）标准中7.6.14小节和ISO 11898-1:2015(E)标准中12.1.4.2小节描述，若REC起始值为0，接收节点ACK发送成功，REC保持为0，若REC起始值大于0，接收节点ACK发送成功，REC减1。③根据ISO16845-1:2016（E）标准中7.6.8小节要求，当DUT生成一帧错误帧后，它的REC应增加1。

 

3、硬件准备同上。

 

4、软件准备同上。

 

5、错误注入打开ZPS-CANFD（1）软件的报文发送窗口，添加任意报文，然后点开高级按钮，勾选“发送干扰”，将干扰位置选择“自定义”，干扰类型选择“单位干扰”，干扰光标移到EOF位，如图7所示。

图7  发送EOF错误

 

6、验证结果

 

①在ZPS软件界面，观察错误帧的波形，当DUT接收到EOF错误后，错误帧在该位之后的第一位开始发出，符合标准，如图8所示。

图8  DUT在EOF损坏位后第一位开始发出错误帧

 

②查看DUT软件界面的错误信息，观察到当出现一帧错误帧时，REC保持初始值，符合标准。例如REC初始值为1，因为EOF错误出现在ACK之后，ACK发送成功，REC-1，EOF错误，REC+1，所以，REC值不变。

图9  REC递增结果显示
 

发送错误响应能力验证

在CAN控制器的运行机制中，当面对不同的发送错误时，它的错误响应一般在错误出现后，下一位便紧跟错误标志位。在TEC增量方面，错误帧的产生会让TEC以8为单位进行递增。接下来我们将通过一个实例，介绍在错误情形下，CAN控制器的发送错误检测结果以及TEC增量是否符合标准。

 

实例一：CRC定界符错误

 

1、验证目的

①观察出现CRC定界符错误之后，错误帧生成位置是否符合标准。②观察出现错误帧之后，TEC递增是否符合标准。

 

2、预期结果

①根据ISO16845-1:2016（E）标准中8.2.5小节要求，当DUT发送报文的CRC定界符位被破坏之后，它将生成一个有效的错误帧，从损坏位的下一位位置开始。②根据ISO16845-1:2016（E）标准中8.6.7小节要求，当DUT生成一帧错误帧后，它的TEC应增加8。

 

3、硬件准备

同上。

4、软件准备

打开ZPS和DUT的软件，进行CAN通道参数的匹配（如波特率、终端电阻），如图 2所示，并开启CAN通道，ZPS接收DUT发送的报文。DUT发送数据如图10所示。

图10  DUT发送帧

5、错误注入

打开ZPS软件的被动接收干扰窗口，按照DUT发送的报文，设置帧数据、干扰位置，即设置模版，然后将干扰光标放到“CRC定界符”位，再将干扰类型选择为“隐性干扰为显性”并启动干扰，如图11所示。

图11  CRC定界符位干扰

6、验证结果

①在ZPS软件界面，观察错误帧的波形，当DUT的CRC定界符位被干扰后，它的错误帧在该位之后的第一位开始发出，符合标准，如图12所示。

图12  DUT在CRC定界符后第一位开始发出错误帧

 

②查看DUT软件界面的错误信息，观察到当发送一帧错误帧时，它的TEC+8，以此类推，符合标准。图13  TEC递增结果显示