基于泰克新一代便携示波器的汽车总线触发解码分析

■ 引言

在汽车行业，随着电子系统的不断演进和整车控制逻辑的日益复杂，CAN、LIN和FlexRay总线技术支撑着从发动机管理到安全系统的关键功能。使用泰克便携示波器能够帮助工程师精确诊断并优化汽车电子系统，从而确保车辆通信无误。

主要汽车总线技术

CAN总线

技术规格和标准

CAN FD：为了支持更快的数据通信，开发了CAN FD（灵活数据率），该版本的数据率最高可达8Mbps，有效载荷长达64字节。

CAN XL：CAN XL是由CAN in Automation (CiA)开发的最新标准，支持最高20Mb/s的数据速率，数据字段长度最大可达2048字节。

工作原理

物理层和数据链路层：CAN定义了ISO 7层模型的数据链路层，常用的物理层规格是ISO 11898，它是一个差分2线接口，运行在屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）或带状电缆上。

通信协议：CAN使用非返回零（NRZ）位编码和位填充技术，确保消息紧凑并具有高噪声免疫性。在总线空闲时，任何节点都可能开始传输。当多个节点同时启动消息时，CAN和CAN FD使用逐位仲裁，而CAN XL使用载波侦听多路访问/碰撞解决（CSMA/CR）来确定哪个消息具有更高优先级。

LIN总线

技术规格与工作原理

基于标准：LIN是基于增强型ISO9141标准的低成本单线实现。

网络结构：LIN网络由一个主节点和一个或多个从节点组成。所有消息都由主节点发起，只有一个从节点响应每条消息，因此不需要像CAN那样的冲突检测和仲裁能力。

通信协议：通信基于UART/SCI，数据以8位字节形式发送，附带起始位和停止位，无奇偶校验位。数据传输速率范围从1kb/s到20kb/s，虽然速度较慢，但适用于既定应用且有助于最小化电磁干扰（EMI）。

状态管理

总线状态：LIN总线有两种状态：活动和睡眠。当总线处于活动状态时，所有节点都醒着并监听相关的总线命令。总线可以通过主节点发出的睡眠帧或总线活动低于预设时间而进入睡眠状态。

唤醒机制：总线通过任何节点请求唤醒或主节点发出的中断字段被唤醒。

FlexRay总线

技术规格与工作原理

物理层：FlexRay使用双线差分总线，可以运行在屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）上，最高速度可达10Mb/s，显著快于LIN的20kb/s和CAN的1Mb/s。

双通道架构：FlexRay的一个重要特征是其双通道架构，这一设计可以在安全关键的应用中提供冗余通信，确保信息的可靠传输；在不太安全关键的应用中，两个通道可以配置为传输不同信息，总传输速率可达20Mb/s。

通信协议

时间触发协议：FlexRay采用时间触发协议，结合了之前同步和异步协议的优点。通过通信周期中包含静态和动态帧，为网络上的每个设备提供固定长度的时间槽来通信。

帧结构：FlexRay的帧由三个主要部分组成：头部段、有效载荷段和尾部段。头部段包括帧类型指示符、帧ID、有效载荷长度等信息；有效载荷段传输实际数据；尾部段包括循环冗余校验（CRC）。

使用泰克示波器调试

CAN、LIN和FlexRay总线

1

设置解码

配置输入：在Tektronix示波器上，通过按下面板上的“Bus”按钮来定义示波器的输入为特定的总线类型（CAN、CAN FD、CAN XL、LIN或FlexRay）。

详细参数配置：输入包括选择总线标准（如CAN XL）、信号类型、输入通道、比特率、电压阈值和采样点（作为比特时间的百分比）。

2

触发选项

触发设置：示波器提供多种触发选项，允许基于特定的总线活动配置触发。例如，可以设置在特定的起始帧、帧类型（如数据帧或错误帧）、特定的标识符或数据内容触发。

触发示例：例如，对CAN XL，触发器可以设置为在起始帧的尾部或在帧ID值为特定数字时触发。

3

搜索功能

自动化搜索：使用Wave Inspector自动化搜索功能，可以找到符合特定搜索条件的所有总线事件。这类似于触发设置，但用于在数据获取后标记和浏览事件。

搜索设置：可以设置搜索特定的起始帧、帧类型、优先标识符、数据以及错误类型等，以自动搜索并标记满足这些条件的事件。

4

解析总线数据

解码显示：解码的总线数据以颜色编码的图形方式显示，使得总线元素（如起始帧、标识符、数据和CRC值）清晰可见。

数据关联：结果表格形式显示总线活动，可以轻松地与软件列表进行比较，计算执行速度，并通过点击表格中的一行来自动放大对应的总线信号和解码波形。

｜结语｜

泰克示波器为汽车电子系统的调试提供了强大的技术支持，无论是在开发、测试还是维护阶段，都能帮助工程师有效提升工作效率和系统性能。其中，新2系示波器凭借其先进的技术、用户友好的操作界面以及充分的便捷性，确保了汽车电子系统在复杂的通信网络中的可靠性和稳定性。目前，新2系示波器现已加入“叠叠乐”计划，详情可通过阅读原文了解。

审核编辑：刘清