CAN总线故障诊断与解决方案

Tfc致远电子www* zig- cnCAN总线故障诊断与解决方案基于CANScope-Pro专业版分析仪产品应用笔记类别内容关键词CAN疑难杂症、解决方案、CANScope-Pro摘要本文的主要目的是指导 CAN总线的研发与测试人员，排查CAN总线常见的故障，并且提岀相应的解决方案老；致远电子in, zig, cn目录1. 前言12. 测试设备简介22.1 CANScope功能特点与型号分类 22.2 报文界面42.3 示波器界面42.4 波形界面52.5 波形与报文联动观察界面 52.6 CANScope-StressZ模拟信号测试扩展板 63. 测试前的准备工作83.1 操作方法84. 排查步骤1测量波特率排查位定时异常节点 104.1 操作方法104.2 典型案例（125K的波特率偏差） 114.3 解决方案125. 排查步骤2总线工作状态“体检” 135.1 操作方法135.2 典型案例（整改成果量化统计） 145.3 解决方案156. 排查步骤3流量分析与总线利用率排查传输堵塞 166.1 操作方法166.2 典型案例（矿山瓦斯监测数据堵塞问题） 186.3 解决方案187. 排查步骤4排查干扰导致的通讯异常 197.1 操作方法197.2 典型案例（新能源汽车的困惑） 227.3 解决方案238. 排查步骤5信号幅值质量排查长距离或非规范线缆导致异常 258.1 操作步骤258.2 典型案例（煤矿长距离通讯问题） 268.3 解决方案279. 排查步骤6测量总线延迟排查延迟导致的通讯异常 299.1 操作步骤309.2 典型案例（高速铁路） 319.3 解决方案3110. 排查步骤7带宽测量排查导线是否匹配传输 3210.1 操作方法3210.2 典型案例（门禁行业 CAN通讯问题） 3310.3 解决方案3411. 排查步骤8软件眼图追踪故障节点 3511.1操作方法3512. 排查步骤9评估总线阻抗、感抗、容抗对信号质量的影响 4212.1 操作步骤4213. 排查步骤10总线阻抗压力测试排查环境影响因素 45操作方法451老；致远电子in, zig, cn1. 前言撰写本文的主要目的是指导 CAN总线的研发与测试人员，排查CAN总线常见的故障，并且提出相应的解决方案，弥补国内此类文章的空白。由于篇幅有限，如果读者还不熟悉 CAN总线原理，请先阅读项目驱动 一一CAN-bus现场总线基础教程。本文所有测试与分析都是基于广州致远电子股份有限公司生产的专业版CAN总线分析仪一一CANScope-Pro。分析排查步骤与解决方案，为笔者数年CAN总线研发与现场支持的经验，按此步骤可以发现与解决CAN总线95%以上的问题。本文可用于 CAN总线故障检测、常规检修、技术支持维护人员培训。若排查出故障节点，建议将故障节点单独取下，按另外一篇CAN节点及网络的测试与标定的步骤来检查具体故障原因。1龙；致远电子irvrw, zig, cn2. 测试设备简介CANScope分析仪是CAN总线开发与测试的专业工具，集海量存储示波器、网络分析 仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身，并把各种仪器有机的整合和关连;重新定义CAN总线的开发测试方法，可对 CAN网络通信正确性、可靠性、合理性进行多 角度全方位的评估。如图 2.1所示。图2.1CANScope外观图超长的波形存储、可靠的报文记录、精准的出错定位、实时的示波器显示、丰富的高层协议分析帮助用户快速定位故障节点，解决CAN总线应用的各种问题，是 CAN总线开发测试的终极工具。如图 2.2所示，为其测量原理。即将信号分为模拟通道和数字通道进行处 理，然后再结合后存储。提供给上位机软件分析。图2.2CANScope测量原理2.1 CANScope功能特点与型号分类1. 100MH示波器，实时显示总线状态，并且能进行至少13000帧波形的存储2. 所有报文（包括错误帧）的记录、分析，全面把握报文信息3. 强大的报文重播，精确重现总线错误4. 强大的总线干扰与测试，有效测试总线抗干扰能力5. 支持多种高层协议，图形化仿真各种仪表盘6. 实用的事件标记，最大限度存储用户关心的波形7. 从物理层、协议层、应用层对CAN总线进行多层次分析8. 支持软硬件眼图，辅助评估总线质量，并且能通过眼图准确定位问题节点表ICANScope分类项 匕匕 厶冃 功硬件基本功能个1个1口 接 信 通M1M1量2K8K量宽 带 拟 模围 范 量 测 直 垂硬件扩展功能持 支 不持 支 不持 支 不持 支 不持 支 不持 支 不软件功能计 统 帧析 分 量 流高享 共 络 网持 支 不软件主界面如图2.3所示。分别为报文串口，实时波形窗口，记录波形窗口，眼图窗口。 所以CANScope相当于CAN接口卡、示波器、逻辑分析仪三者合一的综合分析仪器，能解 决CAN总线绝大部分的问题。3致远电子ww- zig, cn-j|& bCkK * *M Blf MJQ蓟 PJ毋imp=t infti-HP QU1K ：V iilUL UMDU t*irMJE41iR Cl EyMMWlMW 51 glROT! jgW wSn“ 二uwfi BaFT才lh d FT甘片*.卫萼 讷FTh -.g!*F 布童打 応心卜事上叭讦才汁* I55.B7tt1=?T.7UI MlSZ-Hfl WjM.2T.T41 JM3Z5QS gQl 曲域 101fiS说15HrBHRBFi&CerCMEEtfSK-f-!*IP： STVfeT * 1 LAW BHCOMMIT lrfV: d可AHO 也 7 DOUHVUrMi XWE曲 MOF5： L3iIhnw 皿却HMMW： JUkiffMv72mf序号？rqtt*fflfiSfiKffiE!却样JCIfflDKffl漳利遍记曲S在皿吊心 对在K站心字 吋融的瞅，”吋皴凹认，”罕|皴站馱”，予 皴曲人”罕|融电献”，罕|创:肢认文事予iStt：躺入文事予在此咳人57.LS3ock4a：iig.7fig 15_舷删1197 HEC &9 00 2 00 DO57.184OCk43：iig.77O 37_蘇彌1EC &8 00 24 00 DD g57.13500:45:49.771 57_舷冋19MEC &S 00 24 00 DO 0.“57.1S60443:49.772 1E_MAMEC 6 00 24 00 DO 0.57.13700:43549.77也 04-耐I WI57.1880&43:49.775 迅舷IWISS-W53SHEtWCHEC &8 00 24 00 DO* 0.57,1Wg 朝朋.775 44._磁IWIlS-1Rt38P19BHEC闢00肚恥凶g.57.1W0fr4fi!49.777 64E19DHEC闘00扫tW国乩图2.7 CAN报文与波形同步观察界面2.6 CANScope-StressZ模拟信号测试扩展板CANScope-StressZ是配套 CANScope-Pro专业版 CAN总线分析仪的扩展板。如图2.8所示。图2.8CANScope-StressZ 模拟信号测试扩展板CANStressZ内部集成了 CAN总线压力测试模块和网络线缆分析模块。压力测试模块包括模拟干扰（数字干扰在 CANScope已标配），CAN-bus应用终端 的工作状态模拟、错误模拟能力。可以在物理层上进行 CAN总线短路、总线长度模拟、总线负载以及终端电阻匹配等多种测试，可以完整地评估出一个系统在信号干扰或失效的情况 下是否仍能稳定可靠地工作。网络线缆分析模块具有无源二端网络的阻抗测量分析的能力。可以测试导线在不同频率下的匹配电阻、寄生电容、电感。标定导线在何种波特率下具备最佳的通讯效果。两个模块联合使用可以帮助用户快速而准确地发现并定位错误，完成对节点的性能评 估与验证，大大缩短开发周期，方便实现网络系统稳定性、可靠性、抗干扰测试和验证等复 杂工作，是CAN-bus网络测试工程师的好帮手。如图2.9所示，为和CANScope-Pro设备连接后的测量连接图。7致远电子ww. zig. cn图2.9连接测试图#疋致远电子*ww* zig, cn3. 测试前的准备工作我们在使用CANSCOPE测试前，需要做一下准备工作，避免测试设备本身影响总线。3.1 操作方法1. 去掉仪器自带的终端电阻，避免影响总线打开软件，点击 PORT板，将启用终端电阻勾掉，保证CANSCOPE本身自带的120欧 终端电阻不并到总线上。影响测试结果。如图3.1所示。CAN 斂CAN 彌治CAN團圄 CAN 超器9疋致远电子*ww* zig, cn#疋致远电子*ww* zig, cn图3.1去掉自带终端电阻2. 如果加有StressZ模拟扩展板，需要打开控制面板恢复初始状态如图3.2所示这个状态，先点击 重置配置，然后点击RHL将120欧断开。点击红色三角开启。即保证处于一种不干扰总线状态。注意一般不可将RHL使能后，设置为 0,因为这是一种短路状态。图3.2将扩展板的终端电阻去掉#疋致远电子*ww* zig, cn#疋致远电子*ww* zig, cn3. 保证CANScope处于只听状态，在 CAN报文界面，将总线应答勾去掉。如图3.3所示。#滋；致远电子irw, zig, cnnil宀宀时廿尢-幵后停止100:1 1皐0100 M图3.3总线应答4. 接线时小心，不要将CANH和CANL接反。5. 一般只要接CANH和CANL即可，共地只是在容错 CAN时使用。6. 一般使用默认的数学差分的方法测量即可，如果被测设备干扰特别严重，必须使用硬件差分+隔离外部地+电池供电，以隔离干扰。防止仪器损坏。如图3.4所示。#滋；致远电子irw, zig, cn#滋；致远电子irw, zig, cn，避免7.收到一定的样本数据，先将测试夹头与被测总线脱离，点击保存，再分析电脑死机、掉电、软件死机等造成不必要的麻烦。如图3.5所示。注意：保存的时候要勾选保存波形，这样我们就可以离线用 13000帧波形来分析总线模拟信号了，无需在现场分析。图3.5保存数据和波形4. 排查步骤1测量波特率排查位定时异常节点波特率（也称位定时，就是信号位的最小脉宽）是 CAN总线通讯的最基本要素。如果 波特率不匹配或者波特率有所偏差，会导致识别信号的错误，造成无法通讯或者通讯异常。 所以任何情况下，对异常的 CAN总线测试，首先都要测试波特率的准确性。波特率偏差主要发生在如下情况：使用了非整数值的晶振 （比如11.0592MHZ ）、极端温度导致晶振偏差、CAN控制器内部波特率发生器偏差。CANScope具备自动匹配与统计波特率的功能，可以直观地反映总线上的波特率状况。4.1操作方法1.将CANScope勺CANH CANI接入总线，打开软件，在CAN艮文界面，使能侦测波特率, 等待一段时间，CANScop将自动匹配波特率结果。女口 图4.1所示。11滋；致远电子irw, zig, cn#滋；致远电子irw, zig, cn1 Mbps100:1开启 停止图4.1自动匹配波特率2.点击开启，然后点击自动量程，CANScope自动匹配测量，如图 4.2所示。目CANiSyCAM 同局4幫言言据程X- U网第我皇图4.2自动量程#滋；致远电子irw, zig, cn#滋；致远电子irw, zig, cn然后打开CAN眼图菜单，点击开启眼图，如图4.3所示。發 處 却 那亦器 PORTiftil#滋；致远电子irw, zig, cn#滋；致远电子irw, zig, cnCANRi共事 Q|CAN 丽 3M眼IS x 3讯示谨器图4.3 CAN眼图开启然后就可以生成 CAN眼图，如图4.4所示，用户可以点击电压测量和时间测量，来对眼图 的位宽和位高进行测量，位宽度就是波特率的倒数，这样就可以非常精确获取波特率准确值。 #老；致远电子in, zig, cn注意，如果没有眼图出现， 可以在报文界面多点击几次 自动量程，或者是由于波形过少，可 以等待一段时间，让波形叠加次数增加。4 3G4用细Eyeihfocount 12 30W BODnsndiv IVfcliwHilIV.#*04CCVI： * nfiBtjiK*：L J-fl-HqtzJU:|n=AMrf f n |& 上 HBSVJ4l ivUme MBHiun VdLNteuu嚓i?xi；i3?yii sev盈轨：SNR ;3d0X21W%Y2：565mVER 1 6e002 d-X1 4 WflijsY2-Yl 0 ftTSV-01I25V图4.4眼图实际测量波特率精准度4.2 典型案例（125K的波特率偏差）这个号称125K波特率的总线上，CANScope测出125.4K的波特率，如图4.5所示。誇id必田3遛r二ss型试共学逐時爭示耕ett125.4 Kbps-T100:1-亦C填节寺帥绘虫施110 M-CAM报文k .Q 网鬲共享 厘| CAN 删 -M CAN CAI7人人片开4k匚配極持至与m涯程且之瞬 序号时同畑慣龜方问珈赴输入 间在此匙谊人文李 引 在此处握入 引 在此址轴入”屈 52.492 00）1:27.713 973 斂接收体尴图4.5波特率偏差因为这个波特率是仪器通过大量的位宽平均统计出来的，排除了由于测量误差造成的偏差。这个值是真实可靠的。所以我们可以肯定是总线上某些节点的波特率有所偏差，即“一粒老鼠屎坏一锅粥”。一旦波特率有所偏差就会导致出错的概率大大增加，重发的无效数据次数增多，数据传输延迟等现象，降低了 CAN重同步纠错能力。所以保证准确的波特率是CAN通讯中最重要的因素。PS:之所以选择125K为例，是因为125K是最经常出问题的波特率。4.3解决方案1. 通过CANScope艮图反溯功能（见排查步骤7）,找到波特率不匹配的节点，对其程序中的位定时寄存器 或者晶振进行修正为正确位时间；2. 将总线上每个节点单独上电，用CANScope勺眼图功能单独测试其波特率，找到故障节点，亦对其程序中的 位定时寄存器 或者晶振进行修正为正确位时间。3. 如果无法修改故障节点的程序，或者已经是同样的波特率还是无法正常通讯。这时需要考虑到可能是采样点不一致导致。所以建议修改正常节点的程序。需要提高正常节点波特率寄存器中的同步跳转宽度SJW值（加大到3个单位时间），则可以加大位宽度和采样点的容忍度。4. 如果所有节点都无法修改，则建议购买致远电子的CAN网桥CANbridge串联在故障节点上，由CAN网桥来调整两端的波特率寄存器匹配值，保证通讯。13寸匕致远电子 Vz irw, zig, cn5. 排查步骤2总线工作状态“体检”评价一个CAN总线到底工作状况如何，是我们检查的基本步骤。以前即使对于正常工 作的节点，我们也只能模糊的回答“从通讯上看是正常的”或者“偶尔不正常”，这时心里也是没底的。所以我们可以使用 CANScope的报文统计功能，定量评价总线概况。就像医院 里面的各种常规检查，来评价一个人是健康还是亚健康，还是疾病。5.1 操作方法1. 打开CANScope在CAF报文界面点击开启，这时 CANScop默认进行一次匹配波特率 和示波器自动量程，可以切换到CAF示波器界面，等待自动量程结束后。如图5.1所示。为了保证数据正确性 （因为自动匹配时可能会有异常数据） ，所以需要再切换到CAI报文界面，点击停止，然后再点击启动，以清除刚才的异常数据。记录一定时间的报文，推荐记录1万-10万帧作为一个评价基数。然后点击停止，进行下面的统计工作。250 Kbps100:1*电20M舐 醇 杲享 囲云耒局；4幫片4图5.1启动CANScope进行报文接收CAWSK X J网増共事 團CA阿谗 画CAN眼图#2.点击报文界面右上角的工具中的帧统计功能，就有一个框对所有收到的报文进行 分类。如图5.2所示。#同帝占导出因上f目卞肚百竝Q帧翹156,095100.00L 扩.SSS3&M158,095100,00156,0951D0.00-60.00-25,6523.58L a152.43796,42J158.095100,00- 题132.47683.WH馆束馆i琵為99916-19也 lfilDfiS|2a；2170.00iJ IDE惦垣亢（&溟30.00-J酒城3S充治误90.01ku显性睦艇10.00l| filD15fi,O55100.00图5.2帧统计功能比如这个总线的成功 CAN帧占83.8%，其他的都是错误的，每种错误类型和百分比都 一目了然，而且可以展开错误帧进行具体定位。这样我们就可以量化评价一个总线好坏。成功率状态80%以 下基本不能工作（信号延迟、丢失等情况非常严重）80%-90%亚健康待整改（信号经常有延迟、丢失等情况）90%-95%可工作（信号偶尔有延迟、丢失等情况）97%以上工作状况较好（总线错误对通讯影响较小）由于CAN传输的CRC校验机制，保证了错误不会被 CAN节点接收，但错误的报文也会 占用总线时间，导致正确的报文延时或者总线堵塞。所以提高传输成功率就是保证系统工作正常的保证。5.2典型案例（整改成果量化统计）我们做CAN的测试和整改工作，如何反映整改效果？怎么才能体现出我们的努力？从大的来说可以给党和人民一个交代，从小的来说，对得起自己的辛勤劳动。所以必须用报文统计功能来导出报表，量化整改成果。比如，我们在整改之前，先统计一下报表，发现成功5.3所示。率只有83.3，而整改后，提高到 99.9%，很明显我们的整改工作是有效的。如图15B.CB5100.001遇何100-3曲抵仗158.095100.00-Q&0LM-25,6521.5BL g152.437叫215Br0S5LOOXM-舷132.476皑卸25.54916.19-Jj閔Dlim知!据肌）7CUOO-1 IDE饷确磺3MO些Ljj1D.00WD讳冷$1QOOO序昌开常甸引绐束 爭 囲靜3專出 曰上f顷目理刊结亜+掘AS 抽(3 上”鸟目畑百Ha tfs52,512ioo.ro/ LL于3甜議52.5121003/鸥M2100.W/nL B52.5121Q0.D0rT52.512100. - 现52.507脚肿 r-Ji) PID?tW|17：L33讪|10.00 、L出客搭豐性铉心10.0052121Q0.CQ咗旋讨15#图5.3整改成果展示#玄；致远电子 Vz irw, zig, cn5.3解决万案从帧统计中如果发现有错误，则可以双击这个错误，即可在报文上面定位到这一帧，然后在选项卡右边右击，新建水平窗口。如图5.4所示。31 CANCAN KB ，CAN 示茨tl | fl_ CAN 舷 x4 “ 匹氐瘦待率与目金量程SiO N溝除过潘x|状恋图5.4新建水平选项卡然后就可以查看对应的波形，达到发现问题所在的目的。如图5.5所示。J 畑共 出CAN瓯秋x 间CAN匚从雄日4.44HV -CAN+l *ai H*v -HhSHWHCW-L仃 H.油V-4-1%； i1J - *、J、-* *- w戈室即4CjW-9 JiMr_ MttU t.liuLnmrjnnrVLmiuujHjsm世 iliulFkftM4WWW ” II6 H*HP11 4- Mil30fIDOkiKi50uf凶-N用宜x4 A 第却歸 m Ee测锂与mat穆 m湘环 畐;n嘩垃荐 刨渭左丸豪 序号BTfl欣李崎林口榭田富洌在J址廉扎“ 制 在吐出.心：章 间 在匕曲缺 刮 在gbfiX 曾|在曲Ha扎“ ?!迁曰4B.971ftP 1=21,827 口24矿U农张邹.972垃 1,837 754圧亶|為1曲rssi3EW0.9*73QQM? 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