CAN總線丟幀案例診斷經驗

一、現場通訊故障描述


用戶現場為一煤安監控網絡，節點包括一個主站設備、兩個分站設備，主站設備對分站設備進行輪詢式數據查詢。故障出現時發現分站上傳的數據出現缺失現象。致遠電子工程師將專業工具——CANScope分析儀接入故障網絡捕獲數據，然后進行分析。現場情況如圖1所示。

圖1現場測試圖片

二、對故障通訊網絡快速體檢

監控系統上電工作后，記錄一段時間數據，通過【報文幀統計功能】分析，此次測試樣本為135個幀，成功報文119個，正確率為88.15%。錯誤幀類型主要包括CRC定界符錯誤、幀結束錯誤、應答定界符錯誤、數據場填充錯誤。使用CANScope分析儀輕松捕獲到網絡中的錯誤數據，如圖2所示。

圖2報文幀統計結果

三、數據丟失分析

由于用戶采取輪詢的方式查詢分站數據，存在固有的數據周期，通過【流量分析功能】可以發現，未丟數據的周期中，包含7條有效報文，如圖3所示。

圖3未丟數據周期

丟數據的周期中出現了紅色的錯誤幀，如圖4所示。有效報文數量=周期報文總數7-錯誤幀數量。我們都知道在正常模式下CAN總線中出現錯誤幀后底層會實現自動重發，保證報文不會因為錯誤幀而丟失，然而在本網絡中這一機制未能實現。通過檢查軟件，發現軟件工程師在CAN控制器初始化代碼中禁用了重發功能，導致錯誤幀不能重發。

圖4丟數據周期

四、錯誤幀分析

通過修改代碼解決了數據重發的問題，但是網絡中偶爾冒出的錯誤幀仍然是工程師的一塊心病，錯誤重發機制的使能僅僅是治標不治本，那么究竟是什么原因導致CAN網絡中出現錯誤幀呢？這就需要借助CANScope的信號質量分析功能。通過觀察錯誤幀的波形我們發現，CAN信號上存在很嚴重的共模干擾，使得CAN_H和CAN_L上的單線波形畸變嚴重，如圖5所示。

圖5波形分析

選取一條錯誤幀使用【FFT分析功能】進行分析可以看到該錯誤幀信號上的頻域特性，其中在27KHz頻點上存在很強的能量，幅值甚至達到了1.38V，如圖6所示。我們知道CAN總線的顯隱性電平的壓差很小，1V左右的干擾很容易導致電平識別錯誤，出現錯誤幀。

圖6FFT分析

這一干擾是否具有統計特性呢，使用【干擾統計功能】針對所有樣本數據做干擾頻點強度排序，可以發現干擾最強的頻點集中在27KHz附近，如圖7所示。因此在CAN網絡附近確實存在這樣一個干擾源。經過工程師們的排查發現，這一干擾頻率與開關電源的開關頻率最吻合，由于所有CAN節點未做隔離導致電源串擾，引發錯誤幀。

圖7干擾統計

五、總結

使用致遠電子的CANScope分析儀為何能夠標本兼治地解決CAN網絡通訊故障呢？

這是因為CANScope總線綜合分析儀是一款綜合性的CAN總線開發與測試的專業工具，集海量存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協議分析儀及可靠性測試工具于一身，并把各種儀器有機的整合和關聯；重新定義CAN總線的開發測試方法，可對CAN網絡通信正確性、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估；幫助用戶快速定位故障節點，解決CAN總線應用的各種問題，是CAN總線開發測試的終極工具。