CANFD节点的采样点如何测量？

 

本文导读

为提升CAN/CAN FD网络的通信可靠性，各节点需尽可能配置合适且一致的采样点。然而在设备CAN通信采样点参数未知的情况下，如何验证各节点采样点设置的一致性？本文结合ZPS-CANFD设备的采样点测量功能，介绍其测量原理及具体操作流程。

 

 

采样点是CAN/CAN FD控制器在一个位时间（bit time）内读取总线电平、判断位逻辑值（显性/隐性）的关键位置。如果采样点位置不合理，可能导致通讯距离不达标、预期电平错误等异常的产生，进而影响系统通信稳定性。

因此，合理配置采样点，确保网络中各节点采样点一致至关重要。

 

采样点定义

采样点是CAN/CANFD控制器读取并判断总线上各位逻辑值的一个时间点，也就是说一个位时间内从采样点的位置读取一个电平信号，以此确定这个“位”的显隐性。CAN/CANFD控制器的最小时间周期称作时间量子（Tq），它是通过对芯片晶振周期进行分频而得来的，一个位时间有若干个Tq组成，同时根据功能分为四个阶段：同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2，如图 1所示。
图1  位时间结构图

四个阶段功能介绍如下：

• 同步段：位定时的时间基点，用于捕捉边沿跳变，通常为1Tq。
• 传播段：用于补偿网络内的信号传播延迟，长度必须大于等于2倍的信号传播时间，其可编程，通常是(1-8Tq)。
• 相位缓冲段1和相位缓冲段2：用于必要的重同步补偿。作用方式为加长相位缓冲段1或者缩短相位缓冲段2。

由图 1可看到采样点的位置，它位于相位缓冲段1的结束位置，其计算公式如下：

 

 

 

采样点测量原理

ZPS-CANFD节点采样点测量方法，以DUT作为接收节点，使用ZPS-CANFD发送某一位从后往前逐步被干扰脉冲干扰后的报文，直到DUT发送错误帧来判断出现了采样错误，进而确认DUT采样点位置，也就是从错误帧波形数据中找到被干扰的位，然后测量出这个位未被干扰部分的脉宽作为分子，位时间作为分母，然后计算出结果，最后经过统计的方法得出采样点的位置。

为了减少采样点测量的误差，从DUT的视角去判断出现错误帧的时间点，所以需要拿到DUT的RX波形作为数据源进行采样点的计算。ZPS-CANFD节点采样点测量功能，既可以支持CAN节点采样点的测量，也可以支持CANFD节点的采样点测量，所以分为仲裁域采样点测量和数据域采样点测量。当进行仲裁域采样点测量时，ZPS-CANFD发送标准CAN帧，当进行数据域采样点测量时，ZPS-CANFD发送变速CANFD帧，具体的测量流程如下：1)将发送帧中数据场的第一个字节的第四位作为固定干扰位，并设置干扰脉宽；2)ZPS-CANFD发送满足条件的干扰报文若干帧，观察是否出现错误帧；

 

若无错误，按照选择的测量算法对应步进值逐步往前移动干扰脉宽，重复以上步骤，直到DUT发送错误帧为止，进而判断为采样点位置。

图2  干扰脉宽步进流程
 

ZPS实测步骤

DB9板卡 vs 传统方案通过ZPS-CANFD的采样点测量功能对CAN/CAN FD网络上的各节点进行采样点测量，进而判断各节点的采样点是否设置一致。下面以实测某DUT采样点（仲裁域采样点为80%，数据域采样点为75%）的步骤为例，进行相关的介绍。第一步，按照图 3连接方式，将DUT的RX、CAN信号分别和ZPS-CANFD的高速模拟通道DSO1、CAN1 OUT通道连接；
 

图3  节点采样点测试框图

 

第二步，打开ZView软件，点开【CAN1】通道参数设置界面，设置波特率、采样点、终端电阻、工作模式及采样比等参数；

图4  CAN参数设置

注：1、ZPS-CANFD的采样点设置时，建议设置和DUT的采样点一致，尤其是测试变速CANFD帧的采样点时，因为BRS位和CRC界定符位位宽的特殊性，设置不一致可能会出现通信错误，进而导致采样点测试无法进行。另外采样点设置一致，在报文解码时，可以以DUT的采样点进行解码，更好分析错误帧。

2、采样比必须设置到最大，否则会影响测量精度。

3、要保证总线上的终端电阻是60Ω。

 

 

第三步，点开【CH1】通道参数设置界面，将输入信号源改为“DSO_1”，耦合方式设置为“直流耦合”，如图 5所示：

图5  CH1输入信号源修改为DSO_1

第四步，开启“CAN1”通道；

第五步，点击【分析】菜单，打开【节点采样点测试】功能，进行硬件相关配置，其它参数默认即可，然后点击“下一步”；

图6  节点采样点测试参数设置

注：1、RX数据源选择要和步骤三一致；

 

 

2、RX上升/下降阈值需参考控制器手册设置。
第六步，分别点击“开始”按钮，即可测量出仲裁域和数据域采样点的结果。

图7  仲裁域采样点测量结果

图8  数据域采样点测量结果

采样点测量结果是如何计算的呢？我们结合图 8、图9对此问题进行回答。

单击数据域采样点测试结果界面的最后一行数据，可关联到因干扰到DUT的采样点而报出错误的第一帧错误报文及对应的波形，然后在RX波形中找到干扰位，并测量其未被干扰脉宽为750ns，然后根据公式计算=750ns/1000ns=75%，最后再对结果进行统计，得出采样点结果。

图9  干扰到采样点后的第一帧错误帧及波形注：采样点结果统计方法请参考ZPS-CANFD用户手册相关描述。