示波器测量工具帮助快速调试汽车串行总线

[{"insert":"引言 \n示波器具有表征汽车串行总线（如 CAN、CAN FD、LIN、SENT、PSI5、CXPI 和FlexRay）模拟质量的能力。因此，工程师经常使用示波器来调试和表征这些信号。 \n使用示波器执行模拟表征被称为进行物理层测量。串行总线协议分析仪能在应用层执行出色的测量。这些仪器主要在较高抽象级提供跟踪数据流，很少有甚者几乎没有物理层测量能力。示波器不能替代串行总线协议分析仪。从事汽车串行总线应用的工程师通常会同时配备这两种仪器。 \n市面上的许多示波器都提供了面向汽车的选件。Keysight InfiniiVision 系列示波器具有独特的测量功能，可用于调试和表征汽车串行总线的物理层。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/4a439c30f3f7a0c2.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"这些功能包括： \n• CAN 和 CAN FD 符号触发与解码（基于 .dbc 文件导入） \n• LIN 符号触发与解码（基于 .ldf 文件导入） \n• CAN 眼图模板测试 \n• CAN FD 眼图模板测试 \n• FlexRay 眼图模板测试 \n• SENT 模板脉冲形状物理层测试 \n• 双总线时间交织列表显示 \n• 硬件解码支持快速响应 \n• 解码使用分段存储器捕获的所有帧 \n• 具有总线负载测量能力的实时帧/误码计数器 \n• 区域触发功能，用于隔离 CAN 总线仲裁 \n• 信号绘图（CAN、CAN FD、LIN 和 SENT） \n \n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"超高示波器波形捕获率 "},{"insert":"\n借助是德科技独有的 MegaZoom IV 技术，3000 和 4000 X 系列示波器每秒可捕获高达 100 万个波形。InfiniiVision 系列示波器使用了汽车串行总线应用通常需要用到的自动采集深存储器，即使是捕获长波形仍能保持响应速度。图 1 显示，能够快速响应的示波器不仅提高了仪器的易用性，捕获汽车设计中有问题偶发事件的概率也更高。 \n在传统示波器上使用深存储器时，波形捕获率可能非常低。这不仅使得示波器难以操作，也降低了发现偶发毛刺的可能性。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/e9bcfd5ea8a336c4.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 1. 每秒 100 万个波形的捕获率可轻松捕获偶发毛刺和抖动"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"硬件解码 "},{"insert":"\nInfiniiVision 系列是是德科技唯一一款使用硬件解码 CAN、CAN FD、LIN、SENT、PSI5、CXPI 和 \nFlexRay 串行总线的示波器。硬件解码可以近乎实时地更新显示解码迹线。这个功能提高了示波器捕获和显示偶发串行总线通信故障的概率，例如图 2 所示的错误帧和格式、确认、CRC 和填充比特误码。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/821c5838284b99fa.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 2. 硬件解码捕获和显示了一个偶发的 CAN 填充比特误码，它后面跟着一个错误帧"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"适用于 CAN、CAN FD 和 LIN 的符号触发与解码 "},{"insert":"\nCAN-dbc 和 LIN-ldf 符号解码与触发是 InfiniiVision 3000T、4000 和 6000 X 系列 D3000AUTB /D4000AUTB / D6000AUTB 选件的标配功能。导入行业标准的 .dbc 或 .ldf 文件（该文件定义了 CAN、CAN FD 或 LIN 网络），示波器将自动以人类术语显示符号消息和信号，如图 3 所示。 \n"},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/1bc252793cbd0190.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 3. CAN-dbc 符号触发与解码"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"适用于 CAN、CAN FD 和 FlexRay 的眼图模板测试 "},{"insert":"\n示波器眼图可通过一次简单的测量展示物理层整体质量。图 4 显示了叠加的差分 CAN 总线的全部隐性和显性比特，从而说明各帧中最坏情况下的比特幅度和时序。InfiniiVision X 系列示波器上的 CAN 眼图测量结果显示了系统中各个节点发送的帧的幅度变化。它还清楚地显示了帧仲裁和确认阶段的网络传播时延。 \n您还可以执行 CAN FD 眼图模板测试。CAN FD 眼图以所有帧的 FD 相位前 10 个比特为基础生成。\n"},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/cc6f5d7789f8edd3.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 4. CAN 眼图模板测试可显示所有帧和比特的幅度变化和时序不确定度，包括网络传播时延"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"除了 CAN 和 CAN FD 眼图模板测试之外，InfiniiVision 系列示波器还能够对高速差分 FlexRay 总线进行眼图模板测试（仅限 3000、4000 和 6000 X 系列）。图 5 显示了在 FlexRay 接收机输入端的 TP4 眼图模板测试的示例。在这个示例中，我们可以看到极大的边沿抖动、缓慢的上升沿和下降沿，以及一个偏移比特。该偏移比特与合格/不合格模板相交，导致模板测试结果不合格。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/93386bfd3f088838.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 5. FlexRay 眼图模板测试显示了在特定 FlexRay 接收机输入端进行探测时发现的重大物理层问题"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"使用软件密集型处理技术的模板测试往往速度比较慢。InfiniiVision 示波器的模板测试采用的是基于硬件的技术，这意味着它每秒能够执行高达 270,000 个实时波形的合格/不合格测试。这一功能让您的测试吞吐量比使用传统示波器模板测试解决方案快了几个数量级。\n \n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"双总线时间交织协议列表显示 "},{"insert":"\n大多数配有串行总线选件的示波器能以两种格式显示解码的数据。第一种格式是显示一条或多条与捕获的波形时间关联的解码迹线。当示波器的时基设置为查看单个帧时，解码迹线非常有用。时间关联的解码迹线出现在 InfiniiVision 系列示波器显示屏的下部（波形下方）。第二种解码格式是德科技称为“列表”显示。列表显示能够以表格形式显示解码数据，其中列标签为特定协议的字段。 \n当今的汽车使用了多种总线来实现监测，包括 CAN、CAN FD、LIN、SENT、PSI5、CXPI 和 FlexRay总线。数据有时需要从一条总线传输到另一条总线。 汽车厂商使用称为“网关”的芯片在总线之间交换数据。 \nInfiniiVision 3000、4000 和 6000 X 系列示波器能够在同一个列表中显示来自两条总线的时间交织解码数据，如图 6 所示。在这个示例中，LIN 总线帧用绿色表示，CAN 总线帧用蓝色表示。时间交织列表显示让您可以轻松追踪从一条总线传输到另一条总线的数据。常规示波器只能显示一个表格或并排显示两个表格。即使并排显示两个表格，也很难追踪总线之间的数据传输。\n"},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/c31a64a1c3b93f74.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 6. 双总线时间交织列表显示让您可以更容易通过 CAN 至 LIN 网关追踪数据"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"包含总线使用率的实时帧/误码计数器 "},{"insert":"\nInfiniiVision 系列示波器能够对检测到的帧实时（无静寂时间）计数，包括所有帧、错误帧（CAN、CANFD）、同步帧（FlexRay）和空帧（FlexRay）。如图 7 所示，帧计数器会一直运行，即使示波器的采集停止。请注意，这是一个实时帧计数器，测量不涉及示波器静寂时间。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/e751c4aba58aba6e.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 7. 实时帧计数器和总线使用率测量有助于表征 CAN 和 FlexRay 系统"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"用百分比衡量的总线使用率或“总线负载”对于表征 CAN 系统也很重要。它测量的是帧时间相对于总时间的比值。如果 CAN 网络中的总线负载过高，总线争用和误码的可能性就会增加。这也意味着优先级较低的消息可能更难以通过总线传输。\n \n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"分段存储器采集功能以及列表显示中的帧解码 "},{"insert":"\n汽车工程师通常需要捕获多个连续但有选择性的串行数据帧。例如，他们可能希望捕获每一个连续出现的SENT（单边半字节传输）误码，但不捕获其间的内容。如果没有分段存储器采集功能的话，可以采用另一种方法，那就是使用配有极深存储器的示波器，然后在捕获包含所有帧（不仅仅是选择性帧）的长记录后遍历整个存储器。这个过程耗时长、难度大，成本可能会比较高。 \n工程师可以设置 InfiniiVision 系列示波器捕获多达 1,000 个分段（1000 X 系列可捕获多达 50 个分段，2000 X 系列可捕获多达 250 个分段），每个帧之间都有精确的时间标记。随后他们可以通过自动解码（时间关联的解码迹线和列表）一一查看。这样，测量每次出现特定误码的时间间隔变得更简单。它还使工程师可以在每次传输误码时追踪传感器输出数据，如图 8 所示。在这个选择性捕获 1,000 个连续 SENTCRC 误码的示例中，在捕获到第一个误码后经过 200 多秒才捕获到最后一个误码。使用传统示波器存储器（非分段）捕获这么多数据需要 300 M 点的采集存储器。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/fd37e71c29f20516.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 8. 具有自动解码功能的分段存储器采集功能可以选择性地捕获 1,000 次连续出现的 SENT 快速通道 CRC 误码，并给每次出现的误码做好精确的时间标记"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"InfiniiVision 系列示波器中的分段存储器采集功能可自动完成帧解码。InfiniiVision 示波器能够在协议列表显示界面中显示分段采集的所有解码帧。\n \n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"用户可定义的曼彻斯特/NRZ 触发与解码 "},{"insert":"\n用户可定义的曼彻斯特/非归零（NRZ）触发与解码选件让您能够触发和解码各种汽车串行总线协议，包括 PSI5 传感器总线、无线进入钥匙和基于射频的胎压监测系统。借助这个用户可定义的串行总线选件，您可以定义编码方法（曼彻斯特或 NRZ）、波特率、开始/同步比特的数量、标头字段大小、数据字段和文字大小以及尾字段大小。图 9 显示了一个解码 PSI5 传感器总线的示例，该总线采用了曼彻斯特编码。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/274a191e58144b2f.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 9. 使用用户可定义的曼彻斯特 / NRZ 选件触发和解码汽车 PSI5 串行总线"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"使用区域触发来隔离和表征 CAN 总线仲裁 "},{"insert":"\n如果示波器的波形捕获率比较快，就能够轻松识别发生 CAN 总线仲裁的时间。在发生特定 CAN 消息的仲裁时进行触发对于大多数示波器来说并不是那么容易。但是，InfiniiVision 示波器的区域触发功能让您可以在发生仲裁的地方建立一个“区域”（每帧的前几个比特），同时将触发条件限定为特定帧 ID（或符号消息名称），如图 10 所示。然后，您可以使用示波器的分段存储器采集功能来捕获连续发生的仲裁，从而得出它的发生频次。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202306/b7d497190a5a44c3.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 10. 使用示波器的区域触发功能表征 CAN 总线仲裁"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"attributes":{"color":"#c00000","bold":true},"insert":"总结 "},{"insert":"\n当今所有主流示波器厂商都提供了能够在 CAN、LIN、SENT、PSI5 和 FlexRay 串行总线上进行触发、解码和搜索数据的选件。因此，您可以精挑细选。本应用指南为您展示了 InfiniiVision 系列示波器与众不同的优势。是德科技示波器的独特功能将帮助您更快表征和调试汽车串行总线的物理层。\n \n——转自是德科技官网"},{"attributes":{"align":"right"},"insert":"\n"},{"insert":"\n"}]