CAN總線廣泛應用于汽車電子、軌道交通、醫(yī)療電子等領域，保障CAN節(jié)點間穩(wěn)定通信變得尤其重要。本文將介紹如何利用CAN采樣點測試方案，有效提高CAN網絡通信成功率。
為什么要進行采樣點測試？
為了保證有效的通信，對于一個只有兩個節(jié)點的CAN網絡，其兩邊距離不超過最大的傳輸延遲和每個節(jié)點的時鐘容差能夠正確地接收和解碼每個傳輸的消息，這需要每個節(jié)點都能對每個位正確采樣。
CAN總線的每一幀可以看作一連串的電平信號。大多數設備使用單點采樣，也就是在一個位時間內從采樣點的位置讀取一個電平信號，以此確定這個“位”的顯隱性。在CAN網絡中，當每個節(jié)點的采樣點位置不一樣時，由于總線過長引起的通信延遲或現場對總線的干擾，就容易發(fā)生讀取的電平不一致現象，產生CRC錯誤報文。為了提高CAN網絡的通信成功率，各節(jié)點的采樣點應設置一致。
如何計算采樣點？
在講采樣點之前，我們先了解一下位時間的相關定義。一個位時間可以看作一條水平的時間軸，一般分為四個段，如圖1：
圖1 位時間圖
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同步段：通過此段實現時序調整，一個位的輸出從同步段開始；用于同步總線上的各個節(jié)點，跳變沿產生在此段內；通常為1Tq；
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傳播段：用于補償信號通過網絡和節(jié)點傳播的物理延遲；傳播段長度應能保證2倍的信號在總線的延遲；其長度可編程(1-8Tq)；
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相位緩沖段1和相位緩沖段2：重同步在此段作用，用于補償細微的時鐘誤差。作用方式為加長相位緩沖段1或者縮短相位緩沖段2；
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Tq：是指一個最小時間量子，來源于對系統時鐘可編程的分頻；
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時間段1：為了方便編程，許多CAN模塊將傳播段和相位緩沖段1合并為一個時間段（TSEG1）。
根據圖1，采樣點的計算公式如下：
公式1
公式2
Prescaler：波特率分頻系數
例：時鐘頻率為8M，Prescaler = 2，Tseg1 = 13，Tseg2 = 2；
由公式2可得：波特率 = 8M/((1+13+2)*2)=250K；
由公式1可得：采樣點=(1+13)/(1+13+2)=87.5%；
圖2 采樣點配置
由圖2可以看出：在同一波特率的條件下，Tseg1、Tseg2、Prescaler有不同的組合，不同的組合有不同的采樣點配置，可自行配置適合采樣點位置。
CANDT采樣點測試的測試原理是什么？
連接CANDT設備和電腦后，再在電腦上打開CANDT軟件，選中“采樣點”并設置好對應的參數，然后開始測試即可進行采樣點的測試，如圖3，最終的測試結果為：84%。
圖3 CANDT測試結果
1、用CANScope發(fā)送ID 為0的報文100幀，在此報文的第一個ID位（1注1）的0%處施加一個寬度為27%位寬（2注2）的干擾（如圖4），記錄這100幀報文中出現的錯誤幀數，但由于此時距離采樣點位置較遠，暫時不會出現錯誤幀。
圖4 干擾1
2、27%位寬的干擾逐漸以1%位寬的步進向右移動，在干擾的右邊沿快靠近采樣點時（如圖5），由于通信延遲的關系，此時采到的電平和CANScope發(fā)送的不一致了，導致DUT接收到的CRC校驗和DUT計算的CRC校驗不一致，DUT就會主動發(fā)出錯誤幀，把每一個不同干擾位置的錯誤幀數記錄下來。從此刻開始，繼續(xù)往右步進，錯誤幀數也會有所增加。
圖5 干擾2
3、繼續(xù)步進，當干擾的左邊沿位置過了采樣點后(如圖6)，此時DUT就不會再出現錯誤幀了。因此，最后一個出現錯誤幀的位置就是我們想要知道的采樣點位置。
圖6 干擾3
注意事項
1、確保CAN總線上的終端電阻為60Ω。當CAN總線上終端電阻為120Ω或其他值時，雖然在正常情況下可以通信，但在采樣點測試時，會對結果產生一定的偏差。
2、采樣點測試過程中不允許DUT發(fā)送報文，因為采用的是發(fā)送100幀報文和檢測錯誤幀的方法，DUT發(fā)送報文會造成判斷的誤差，影響測試結果的準確性。
CAN一致性測試系統——CANDT
CANDT是基于CANScope強大的CAN總線底層測試分析基礎，配備必要的電壓源、PLC等核心外圍設備，可自動化完成汽車零部件CAN節(jié)點物理層、鏈路層及應用層測試的CAN一致性測試設備。
物理層測試的目的是驗證節(jié)點及測試系統在電路設計、物理電平特性等方面的性能，就是保證節(jié)點能夠正確連入總線的基礎，其測試內容包括電阻電容特性、節(jié)點差分電阻、故障容錯測試、CAN線上的物理電平特性等等。
數據鏈路層的測試目的是保證每個節(jié)點的通訊參數能夠保持一致性，所組成的網絡能夠正常有效的工作，內容包括位定時測試、采樣點測試、SJW測試等等，節(jié)點測試完成后，可自動化導出詳細CAN一致性測試報表，準確判斷節(jié)點工作情況，一目了然。
圖7 CANDT一致性測試系統
圖8 一致性測試報表
1注1：第一個ID位是SOF后的第一個位，干擾此位能有效減少重同步帶來的誤差。
2注2：在三點采樣的情況下，要干擾到2個采樣點才能使干擾生效，由圖1可得一個位時間的時間量子（Tq）最小為4個，所以2個采樣點之間的距離最大為1/4。所以保證干擾寬度大于25%位寬即可。
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