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2020OEM機械設計技術研討會云會議
現場總線

CAN和CAN FD總線故障診斷

  2020年05月18日  

  在總線測試的過程中,總會遇到各種各樣的問題,本文主要總結了平時測試過程中經常遇到的一些典型問題,并給出解決方案。如果總線出現故障,大致可以按照標題順序來檢查。

  1. 斷線

  如果線纜破損,CAN通訊則無法繼續

  解決方法:

  1、可以明顯看出來線纜損壞的話,直接換線即可

  2、外表看不出來的,可以使用斷路測試儀檢查每一個引腳,確定線纜損壞,換線。

  2. 線纜類型錯:非CAN線

  有可能現場用的線纜看起來是用于CAN方面的,但實際不是CAN線纜,不符合標準定義。大部分常見產品采用DSub9接頭,符合 CiA? 303-1關于引腳定義的規范。當然也可以采用其他比如RJ45等接頭。 如下表是DB9端CAN的引腳定義。

  解決方法:

  檢查線纜的引腳分配,如果不符合標準就更換線纜;如果符合標準,再檢查其它方面。

  3. 接線不當

  當一個CAN網絡中有多個節點,連接的時候有多個插頭需要連接的時候,就很可能出現連接錯誤。導致無法進行CAN通訊或者出現零星錯誤

  上圖的CAN節點2的錯誤狀態可能會變成被動錯誤。

  解決方法:

  1、 檢查所有插線是否正確

  2、 檢查所有接頭是否引腳匹配

  4. 網絡上只有一個正常通訊的節點

  一個正常工作的CAN網絡至少有兩個或者更多CAN節點。如果只有一個CAN節點正常工作,它的錯誤狀態就會進入被動錯誤,因為它發送報文后沒法接收到對方的確認回復。

  解決方法:

  可以用分析儀監測節點的錯誤狀態

  Bus Light:超過96個錯誤時,進入”error active”

  Bus Heavy:超過127個錯誤,進入"error passive"

  Bus Off:超過255個錯誤,進入”bus off

  注意: 如果只有一個正常工作的CAN節點而且它發送了一條CAN報文,那么這個報文就會很快速地一直被重發,直到它收到另外一個節點的確認回復或進入被動錯誤狀態。

  這些信息可以通過PCAN-Diag FD或者PCAN-View等獲取,可以參考下圖:

  5. CAN線太長

  傳統CAN總線波特率與長度相關(見上表關系)。1Mbit/s的波特率,在一個完美的布線系統里面不能超過40m(理論值)。最大的線纜長度也與所用收發器有關。對于CAN FD來講,波特率也取決于線纜長度,盡管CAN FD的波特率更高,如果總線長度超過40米,CAN報文就會失效,因為ACK位到來的太晚。

  解決方法:

  根據實際情況縮短線纜的長度

  6. 總線負載率過高

  總線負載過高會引起傳輸故障。這個通常是指發送的報文過多,特別是在波特率和cycle time較高的情況下容易發生。或者是一條CAN報文發生錯誤,然后CAN控制器一直嘗試重發該報文,這會導致總線負載增加。

  診斷方法:采用PCAN-View或者手持式診斷儀顯示總線負載率

  解決方法:

  1、 減少報文

  2、 延長報文發送周期,

  3、 提高總線波特率

  4、 如果使用CAN2.0,后續可以考慮使用CAN FD

  7. 終端電阻錯誤

  高速CAN總線 (ISO 11898-2) 必須在CAN線兩端各接入120 Ω 終端電阻(CAN_L與CAN_H之間)。這樣做有利于減少線纜的信號反射并確保CAN收發器能正常工作。

  解決方法:

  1、 使用PCAN-Diag FD,測量CAN_L與CAN_H之間的終端電阻。

  2、 有經驗的用戶以利用PCAN-Diag FD的示波器上波形形狀評估終端電阻的情況(看側翼振鈴等)

  下面我們會看下不同的終端電阻情況下的波形特征:

  終端電阻情況2:過載Over termination

  過載原因:終端電阻接入太多

  正常兩個120歐姆終端電阻并聯應該是60歐姆左右,如下圖測出來是13歐姆,導致CAN波形畸變。

  終端電阻情況2:終端電阻接入太少或者丟失

  正常兩個120歐姆終端電阻并聯應該是60歐姆左右,如下圖測出來是丟失,導致CAN波形畸變。

  8. 波特率錯誤

  同一個網絡的各節點波特率應保持一致。如果不一致,則節點會進入bus off的錯誤狀態,并會影響其他節點通訊;這時如果電腦端用的是PEAK的PCAN-View軟件,如下圖可以看到ID 300的報文Cycle Time不正常,下面的總線狀態也會顯示Bus-off。

  解決方法:

  采用PCAN-Diag FD檢測CAN/CAN FD網絡的波特率。

  9. 相同ID引起的通訊沖突

  在一個CAN網絡中,應當保證每個節點的報文ID都不一樣;如果發現兩條報文ID一樣的情況,這樣就沒法仲裁哪條報文的優先級更高,每次沖突都會使得錯誤計數器加。

  解決方法:

  可以通過PCAN-Diag FD的trace記錄功能以及錯誤幀記錄功能查找,或者用PCAN-View/PCAN-Explorer軟件在線監控,查找哪些CAN報文發生了沖突

  10. 傳統CAN網絡中出現CAN FD報文

  CAN 2.0 A/B網絡會將CAN FD報文報告為錯誤,因為CAN報文幀的結構發生了變化。CAN FD控制器則可以同時解析并傳輸CAN FD和傳統CAN報文。在PCAN-View在線監控或者手持式PCAN-Diag FD設備可以看到這種Error Passive的顯示界面。

  11. 相同的波特率但是時鐘頻率不同

  這個主要是針對CAN FD網路,在CAN FD網絡里,波特率越高就會越接近物理極限。所以在同一條網絡,不建議用戶使用不同的時鐘頻率。

  CiA是建議使用40或者80MHz的時鐘頻率。

  12. 關于虹科

  廣州虹科電子科技有限公司(前身是宏科)成立于 1995 年,總部位于中國南方經濟和文化中心—廣州市。我們耕耘的領域包括測試測量、汽車電子、自動化、嵌入式開發工具和軟件工程、數據采集、無線電通信與監測、網絡可視化。我們除了銷售產品之外,還為中國客戶提供二次開發、維護和培訓服務。

  目前在廣州、北京、上海、西安、成都、武漢、深圳、香港和臺灣設有分支機構。

  主要產品有:

  1、 汽車總線工具方面

  a) 德國PEAK-System的CAN/CAN FD卡,CAN/CAN FD總線分析軟件,CAN/CAN FD路由器,CAN IO數采模塊等;

  b) 德國Lipowsky的Baby-LIN系列LIN總線仿真分析工具;

  c) 德國益馳的CAN總線仿真分析工具,CAN干擾儀等

  2、 測試測量方面

  a) 英國PicoScope汽車診斷示波器;

  b) 英國Pickering Interfaces的產品:主要是有信號開關與程控電阻,架構形式有PCI,PXI,LXI,GPIB;分類有:通用、矩陣、多路復用、射頻與微波模塊,故障注入開關,光纖開關等;

  c) 美國Marvintest solution基于PXI/PXIe的功能模塊和系統,主要有:數字I/O、 FPGA、萬用表、模擬板卡、信號源、電源、機箱、控制器、ATeasy開發軟件,半導體測試系統等;

  d) 意大利AT、美國DS信號源等。

  3、 工業自動化方面

  a) 德國SYSTEC的CANopen源代碼,PLC Core;

  b) 德國KUNBUS的模塊化工業網關,工業以太網和現場總線通訊接口嵌入式模塊;

  c) 德國KPA的EtherCAT網絡開發、安裝和診斷工具,EtherCAT主站、從站協議棧;

  d) 其它還有Helmholz(赫姆赫茲),Softing,PROCENTEC等;

  e) 德國Microcontrol的堅固性數采模塊。

  4、 數據采集方面

  主要用于測量和/或記錄溫度、濕度、壓力、振動,光照,CO2,4-20mA,0-10V等的傳感器/變送器,數據記錄儀,溫度記錄儀,中央環境監測系統等。

  a) 藥品供應鏈的溫度等監測解決方案:主要品牌瑞士ELPRO,PDF溫度/濕度記錄儀,完全符合GxP法規;

  b) 數據記錄儀:主要品牌瑞士MSR(微型記錄儀),歐洲Comet,瑞士ELPRO;

  c) 工業變送器和傳感器:主要品牌歐洲Comet。輸出可選RS232,RS485,以太網,PoE,4-20mA,0-10V,繼電器;

  d) 中央環境監測系統:主要品牌瑞士ELPRO,歐洲Comet。

  5、 無線電通信與監測方面

  a) 拉脫維亞SAF的手持式頻譜儀;

  b) 加拿大thinkRF的模塊化頻譜儀;

  c) 意大利Rover用于衛星通信的射頻光纖鏈路、合路器/分路器、轉發器矩陣、冗余開關等;

  d) 瑞典PROGIRA廣播網絡規劃、頻譜規劃、在線可視化網絡覆蓋等的軟件解決方案;

  e) 德國Novotronik用于音頻、高頻信號切換和分配的開關矩陣、多路耦合器、放大器等定制解決方案。

  6、網絡安全與可視化

  網絡可視化產品:主要品牌Cubro,Profitap,Ntop,包括網絡數據包代理,分路器,旁路交換機,云交換機,網絡探針,網絡設備管理平臺,網絡流量分析器,多合一網絡分析工具等;

  軟件安全:主要品牌Veracode,包括靜態分析SAST,動態分析DAST,軟件開發組件分析SCA,交互測試分析IAST等等;

  時間同步:主要品牌Elproma,提供NTP PTP/IEEE1588 IRIG網絡時間同步解決方案。

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