如何用示波器测试CAN信号？

作为目前车载网络领域最成熟、应用最广泛的通信总线之一，CAN总线具有传输可靠性高、速度快、易用等特点。由于其涉及到用户的人身安全，所以在汽车研发、生产、检测、维修等过程中均需做严格的测试。

由于CAN信号是差分信号，在测试过程中一般需要使用差分探头来进行测试，但在研发阶段的板级测试中，确认安全的前提下可以使用普通低压无源探头进行测试。今天给大家介绍鼎阳科技SDS5000X标配的CAN总线触发与解码，了解示波器是如何测试CAN信号。本文将以SDS5054X+STB3演示板+普通无源探头展示CAN的测试，供大家参考。

1

CAN 协议

在测试前需要充分了解CAN 协议。

CAN协议有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。其中数据帧和远程帧又分为标准格式和扩展格式两种。标准格式的标识符为11位，扩展帧为29位。

1.1

数据帧

由7个不同的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结尾。

a

帧起始

（SOF）标志数据帧和远程帧的开始，仅由一个“显性”（逻辑电平“0”为显性电平，“1”为隐性电平）位组成，只有在总线空闲时才允许发送信号。

b

仲裁场

CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位的ID。CAN总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全“0”标志符的报文具有总线传输上的最高优先权。

标准格式帧和扩展格式帧的仲裁场格式不同：

• 标准格式里，仲裁场由11位识别符和RTR位组成。识别符位为ID28…ID18。识别符后为RTR位。RTR位在数据帧必须为“显性”，在远程帧必须为“隐性”。

• 扩展格式里，仲裁场包括29位识别符ID28…ID0（基本ID 11位，扩展ID 18位）、SRR位、IDE位、RTR位。基本ID首先发送，其次是SRR、IDE位。

c

控制场

控制场由6个位组成。标准格式里的帧包括数据长度代码，IDE位及保留位R0。扩展格式里的帧包括数据长度和保留位R1和R0。保留位必须显性发送。

d

数据场

数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0-8个字节，每字节包含了8个位，MSB先发送。

e

CRC场

CRC场包括CRC序列，其后是CRC界定符。CRC序列为循环冗余检验码。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一个单独的“隐性”位。

f

应答场

应答场长度为2位。包含应答间隙和应答界定符。在应答声里，发送两个“隐性”位，当接收器正确地接收到有效报文，接收器就会在应答间隔期间向发送器发送“显性”位以示应答。

g

帧结尾

每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。由7个“隐性”位组成。

1.2

远程帧

远程帧目的在于请求发送具有同一标识符的数据帧；远程帧由6个不同位的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的RTR位是“隐性”的。

1.3

错误帧

错误帧由错误标志和错误界定符两部分组成：

• 错误标志分为主动的错误标志和被动的错误标志。主动的错误标志由6个连续的“显性”位组成，被动的错误标志由6个连续的“隐性”位组成。

• 错误界定符：错误界定符包括8个“隐性”位。

1.4

过载帧

过载帧包括过载标志和过载界定符。过载标志由6个“显性”位组成；过载界定符包括8个“隐性”位。

2

示波器测试

在充分了解CAN协议后，接下来通过示波器展示如何测试CAN总线。示波器在测试总线时一般使用触发和解码同时进行。触发可以根据实际的需求捕获预期事件，而解码则可以把捕获到的信号进行解码。

2.1

触发配置

首先我们通过STB3演示板输出CAN信号并使用无源探头通过测试CAN_L和GND，接入到示波器，然后根据信号特征设置合适的电压和时基档位。

配置如下：

a

总线选择

首先进入触发菜单，类型选择为“总线”，总线协议设置为“CAN”。如图1所示。

图1：总线选择

b

信号配置

进入信号菜单，信源设置为信号输入通道，本次输入通道为C1。阈值电平需设置到波形区域内，通常为波形中部。如图2所示。

图2：信号配置

c

触发配置

进入触发设置菜单，设置合适的触发条件，如图3所示。从图可以看到触发条件分为开始条件、远程帧、ID、ID+数据、错误帧。从上节CAN协议可以知道，这些触发条件均为CAN协议的里规定的帧特征，是捕获CAN信号的核心。根据需求设定触发条件，进而监控CAN总线上的信息。

• 开始条件：即为数据帧和远程帧的帧起始（SOF）。把开始条件作为触发条件时，示波器捕获所有具有SOF特征的信号。

• 远程帧：远程帧的结构与数据帧类似但不传输数据，只为传输数据作初始化。其显著的标志是RTR为“隐性”电平。设置为此条件时，示波器将只捕获远程帧。

• ID（地址）：为数据帧和远程帧的仲裁场识别符。识别符ID越小优先级越高。

• ID+数据：专门为数据帧准备的触发条件，可以指定具体的地址和数据在，方便捕获特定数据。

• 错误帧：专门检测符合错误标志的数据；用于监测总线上的错误帧。

图3：触发条件

d

总线配置

进入菜单将标准波特率配置为输入信号的波特率。CAN 最大支持1Mbit/s的传输速率。STB3演示板的波特率为50Kbit/s。如图4。

图4：波特图形

2.2

解码配置

解码功能可以把触发捕获的信号进行解码并以一定格式显示出来。按下示波器的“Decode”按键进入解码菜单并开启总线功能，如图5所示。

图5：解码菜单

a

解码列表

设置总线并配置解码的行数。显示列表的作用是配置用于显示数据量并查看每帧数据。其中行数可配置1-7行；滚动表示当前正在查询的具体的数据，选中时数据行高亮，可查看屏幕上所有的解码数据。如图6。表示当前采集了43帧数据，正在查看第43帧数据。

图6：解码列表

b

显示选项

数据显示格式，支持二进制、十进制、十六进制、ASCAII码。如图7。

图7：显示格式

c

协议信号

与触发菜单类似，设定信源及阈值。需要注意的是，阈值电压需要设置于波形内，若阈值电平位于波形区域外则无法解码。

d

协议配置

配置与输入信息相同的波特率。

e

协议复制

若用户非常清楚触发或解码的协议信号和协议配置，可使用此功能快速复制触发参数到解码，或复制解码参数到触发。

2.3

参数配置小结

通过触发配置和解码配置，我们可以看到CAN总线只要配置好触发条件、触发和解码的阈值电平、波特率以及数据显示格式即可得到CAN数据。

下图为STB3输出的CAN 信号输入到示波器，示波器的触发条件为开始条件，触发和解码的波特率均设置为50kbit/s即可得到CAN 的解码数据，如图8所示。

图8：总线解码

从上图中，我们可以看到，解码列表里显示了与波形相对应的解码数据：

• 序号代表从屏幕左边到右对应帧的数据。

• Time代表每帧相对水平中间位置的时间。

• Type代表解码得到的帧类型。是标准数据帧、远程帧或是扩展帧。

• ID代表解码后的报文地址；设置为触发条件，可以对特定报文进行筛选。

• Length代表解码得到的数据长度；数据长度0到8个字节。

• Data代表数据帧的数据信息；测试者最关心的数据。

• CRC为检验码；当校验数据不正确时，提示错误信息。

• ACK为响应位，Yes表示有响应位。

此外还可以通过示波器放大功能，选定数据进行放大。总线解码显示与之对应的解码数据并通过不同颜色标注数据的地址、数据、检验码以及响应位。当显示空间不足时，无法显示的数据均以红点表示。当示波器解码结果与协议不一致时，示波器则会显示相应错误。