本文導(dǎo)讀

為提升CAN/CAN FD網(wǎng)絡(luò)的通信可靠性，各節(jié)點(diǎn)需盡可能配置合適且一致的采樣點(diǎn)。然而在設(shè)備CAN通信采樣點(diǎn)參數(shù)未知的情況下，如何驗(yàn)證各節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)設(shè)置的一致性？本文結(jié)合ZPS-CANFD設(shè)備的采樣點(diǎn)測(cè)量功能，介紹其測(cè)量原理及具體操作流程。

采樣點(diǎn)是CAN/CAN FD控制器在一個(gè)位時(shí)間（bit time）內(nèi)讀取總線電平、判斷位邏輯值（顯性/隱性）的關(guān)鍵位置。如果采樣點(diǎn)位置不合理，可能導(dǎo)致通訊距離不達(dá)標(biāo)、預(yù)期電平錯(cuò)誤等異常的產(chǎn)生，進(jìn)而影響系統(tǒng)通信穩(wěn)定性。

因此，合理配置采樣點(diǎn)，確保網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)一致至關(guān)重要。

采樣點(diǎn)定義

采樣點(diǎn)是CAN/CANFD控制器讀取并判斷總線上各位邏輯值的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，也就是說一個(gè)位時(shí)間內(nèi)從采樣點(diǎn)的位置讀取一個(gè)電平信號(hào)，以此確定這個(gè)“位”的顯隱性。CAN/CANFD控制器的最小時(shí)間周期稱作時(shí)間量子（Tq），它是通過對(duì)芯片晶振周期進(jìn)行分頻而得來的，一個(gè)位時(shí)間有若干個(gè)Tq組成，同時(shí)根據(jù)功能分為四個(gè)階段：同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2，如圖 1所示。
圖1 位時(shí)間結(jié)構(gòu)圖

四個(gè)階段功能介紹如下：

• 同步段：位定時(shí)的時(shí)間基點(diǎn)，用于捕捉邊沿跳變，通常為1Tq。
• 傳播段：用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信號(hào)傳播延遲，長(zhǎng)度必須大于等于2倍的信號(hào)傳播時(shí)間，其可編程，通常是(1-8Tq)。
• 相位緩沖段1和相位緩沖段2：用于必要的重同步補(bǔ)償。作用方式為加長(zhǎng)相位緩沖段1或者縮短相位緩沖段2。

由圖1可看到采樣點(diǎn)的位置，它位于相位緩沖段1的結(jié)束位置，其計(jì)算公式如下：

采樣點(diǎn)測(cè)量原理

ZPS-CANFD節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)量方法，以DUT作為接收節(jié)點(diǎn)，使用ZPS-CANFD發(fā)送某一位從后往前逐步被干擾脈沖干擾后的報(bào)文，直到DUT發(fā)送錯(cuò)誤幀來判斷出現(xiàn)了采樣錯(cuò)誤，進(jìn)而確認(rèn)DUT采樣點(diǎn)位置，也就是從錯(cuò)誤幀波形數(shù)據(jù)中找到被干擾的位，然后測(cè)量出這個(gè)位未被干擾部分的脈寬作為分子，位時(shí)間作為分母，然后計(jì)算出結(jié)果，最后經(jīng)過統(tǒng)計(jì)的方法得出采樣點(diǎn)的位置。

為了減少采樣點(diǎn)測(cè)量的誤差，從DUT的視角去判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤幀的時(shí)間點(diǎn)，所以需要拿到DUT的RX波形作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行采樣點(diǎn)的計(jì)算。ZPS-CANFD節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)量功能，既可以支持CAN節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)的測(cè)量，也可以支持CANFD節(jié)點(diǎn)的采樣點(diǎn)測(cè)量，所以分為仲裁域采樣點(diǎn)測(cè)量和數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)測(cè)量。當(dāng)進(jìn)行仲裁域采樣點(diǎn)測(cè)量時(shí)，ZPS-CANFD發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)CAN幀，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)測(cè)量時(shí)，ZPS-CANFD發(fā)送變速CANFD幀，具體的測(cè)量流程如下：1)將發(fā)送幀中數(shù)據(jù)場(chǎng)的第一個(gè)字節(jié)的第四位作為固定干擾位，并設(shè)置干擾脈寬；2)ZPS-CANFD發(fā)送滿足條件的干擾報(bào)文若干幀，觀察是否出現(xiàn)錯(cuò)誤幀；

若無錯(cuò)誤，按照選擇的測(cè)量算法對(duì)應(yīng)步進(jìn)值逐步往前移動(dòng)干擾脈寬，重復(fù)以上步驟，直到DUT發(fā)送錯(cuò)誤幀為止，進(jìn)而判斷為采樣點(diǎn)位置。

圖2 干擾脈寬步進(jìn)流程

ZPS實(shí)測(cè)步驟

DB9板卡 vs 傳統(tǒng)方案通過ZPS-CANFD的采樣點(diǎn)測(cè)量功能對(duì)CAN/CAN FD網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣點(diǎn)測(cè)量，進(jìn)而判斷各節(jié)點(diǎn)的采樣點(diǎn)是否設(shè)置一致。下面以實(shí)測(cè)某DUT采樣點(diǎn)（仲裁域采樣點(diǎn)為80%，數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)為75%）的步驟為例，進(jìn)行相關(guān)的介紹。第一步，按照?qǐng)D 3連接方式，將DUT的RX、CAN信號(hào)分別和ZPS-CANFD的高速模擬通道DSO1、CAN1 OUT通道連接；

圖3 節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)試框圖

第二步，打開ZView軟件，點(diǎn)開【CAN1】通道參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)置波特率、采樣點(diǎn)、終端電阻、工作模式及采樣比等參數(shù)；

圖4 CAN參數(shù)設(shè)置

注：1、ZPS-CANFD的采樣點(diǎn)設(shè)置時(shí)，建議設(shè)置和DUT的采樣點(diǎn)一致，尤其是測(cè)試變速CANFD幀的采樣點(diǎn)時(shí)，因?yàn)锽RS位和CRC界定符位位寬的特殊性，設(shè)置不一致可能會(huì)出現(xiàn)通信錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致采樣點(diǎn)測(cè)試無法進(jìn)行。另外采樣點(diǎn)設(shè)置一致，在報(bào)文解碼時(shí)，可以以DUT的采樣點(diǎn)進(jìn)行解碼，更好分析錯(cuò)誤幀。

2、采樣比必須設(shè)置到最大，否則會(huì)影響測(cè)量精度。

3、要保證總線上的終端電阻是60Ω。

第三步，點(diǎn)開【CH1】通道參數(shù)設(shè)置界面，將輸入信號(hào)源改為“DSO_1”，耦合方式設(shè)置為“直流耦合”，如圖5所示：

圖5 CH1輸入信號(hào)源修改為DSO_1

第四步，開啟“CAN1”通道；

第五步，點(diǎn)擊【分析】菜單，打開【節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)試】功能，進(jìn)行硬件相關(guān)配置，其它參數(shù)默認(rèn)即可，然后點(diǎn)擊“下一步”；

圖6 節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)試參數(shù)設(shè)置

注：1、RX數(shù)據(jù)源選擇要和步驟三一致；

2、RX上升/下降閾值需參考控制器手冊(cè)設(shè)置。
第六步，分別點(diǎn)擊“開始”按鈕，即可測(cè)量出仲裁域和數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)的結(jié)果。

圖7 仲裁域采樣點(diǎn)測(cè)量結(jié)果

圖8 數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)測(cè)量結(jié)果

采樣點(diǎn)測(cè)量結(jié)果是如何計(jì)算的呢？我們結(jié)合圖8、圖9對(duì)此問題進(jìn)行回答。

單擊數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果界面的最后一行數(shù)據(jù)，可關(guān)聯(lián)到因干擾到DUT的采樣點(diǎn)而報(bào)出錯(cuò)誤的第一幀錯(cuò)誤報(bào)文及對(duì)應(yīng)的波形，然后在RX波形中找到干擾位，并測(cè)量其未被干擾脈寬為750ns，然后根據(jù)公式計(jì)算=750ns/1000ns=75%，最后再對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出采樣點(diǎn)結(jié)果。

圖9 干擾到采樣點(diǎn)后的第一幀錯(cuò)誤幀及波形注：采樣點(diǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)方法請(qǐng)參考ZPS-CANFD用戶手冊(cè)相關(guān)描述。