CANoe CAN采樣點測試方法及誤差分析

在車載控制器中，CAN采樣點的測試是控制器的基本測試之一，那CAN總線的采樣點一般怎么測試呢？今天一起來捋一捋。

首先CAN報文的位將分割為同步段（Sync Segment）、時間片段 1（TSEG1 Segment）和時間片段 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間單位。預(yù)分頻（Prescaler）值以及收發(fā)器使用的時鐘頻率直接影響了一個位長度的總 TQ 數(shù)量。采樣點位置將由各個片段中 TQ 的數(shù)量計算得到。

1 個位中包含 8 或 16 個 TQ 的分段示意圖

采樣點的理論計算值可由下式得到：

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

在此必須知道所使用的 CAN 時鐘頻率，以此來計算一個標(biāo)稱位時間所使用的總 TQ 數(shù)量。

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

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

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

CAN采樣點測試的原理是節(jié)點判斷信號邏輯電平的位置，對 CAN總線來說極其重要，尤其是在一個CAN網(wǎng)絡(luò)里，多個節(jié)點要保持同一個采樣點。如果其中一個偏差較大，有可能使整個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，所以對 CAN節(jié)點進行采樣點的測試顯得尤為重要，采樣點測試目的用于檢查控制器的采樣點設(shè)置是否遵守規(guī)范要求。

采樣點的位置不受控制器所處的收發(fā)狀態(tài)影響，故針對采樣點測試既可以干擾控制器發(fā)送的指定報文的某個位，也可以通過測試工具發(fā)送特定干擾報文去檢測控制器的行為。

下面以CANoe發(fā)送特定干擾報文的方法為例。VH6501 在檢測到總線空閑時，發(fā)送較高優(yōu)先級的特定干擾報文，完成一個干擾循環(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，保證整幀報文的長度不變。當(dāng)顯性位電平由后往前，移至 DUT 采樣點位置，會被 DUT 采到并判定 CRC Delimiter 位為高電平，出現(xiàn)格式錯誤，DUT 隨即發(fā)送錯誤幀，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文，從而使 DUT 始終保持 Error Active 狀態(tài)，因其主動錯誤幀容易辨認(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 選項使能 VH6501 總線干擾功能。

VH6501 的采樣點設(shè)置盡量靠前，確保優(yōu)先干擾到控制器的采樣點，此處BTL Cycles（指的是TQ數(shù)量，將一個位分為16個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();
}

那采樣點的測試結(jié)果一般受什么影響呢？一般來說受3個因素影響。

在總線信號和 RxD 引腳信號上影響采樣點測試結(jié)果的因素示意圖

?指VH6501每次縮短或增長的步進長度。

?指控制器的CAN參數(shù)配置中一個TQ的時間長度。

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

如果一個 CAN 的設(shè)備使用的時鐘對應(yīng)的最小 TQ 時間長度在?的范圍內(nèi)，并且實際 TQ 配置在此范圍內(nèi)，則?所帶來的誤差需要考慮在采樣點測試的結(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。而對于 2MBaud下，一個位時間長度為500ns， 這意味著在RxD引腳上的為時間長度將會比在總線上的為時間長度短13%或長 8%。而 TQ 時間長度的計算公式為：? =/

如果在 2MBaud 下, 一個 TQ 的時間長度小于一個位的 13%， 則?將會被考慮進采樣點測試的結(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)相則會上升到 5%（由于單個位時間長度縮短了） 。這幾乎相當(dāng)于 2 個 TQ 的時間長度。測試工具 VH6501 步進長度?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） 的哪個位置，從同步段（Sync Segment） 的開始到結(jié)束均可以，因此這會帶來 1 個 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-

分享不易，懇請點個【】和【在看】