CAN總線故障排查步驟詳解

CAN總線故障排查步驟詳解
排查步驟1——測量波特率排查位定時異常節點
波特率（也稱位定時，就是信號位的最小脈寬）是CAN總線通訊的最基本要素。如果波特率不匹配或者波特率有所偏差，會導致識別信號的錯誤，造成無法通訊或者通訊異常。所以任何情況下，對異常的CAN總線測試，首先都要測試波特率的準確性。波特率發生差別主要發生在：使用了非整數值的晶振（比如11.0592MHZ）、極端溫度導致晶振偏差、CAN控製器內部波特率發生器偏差。
CANScope具備自動匹配與統計波特率的功能，可以直觀地反映總線上的波特率狀況。
1 操作方法
將CANScope的CANH、CANL接入總線，打開軟件，在CAN報文界麵，等待一段時間，CANSCOPE將自動匹配波特率結果。

2 典型案例（125K的波特率偏差）
這個號稱125K波特率的總線上，CANScope測出125.4K的波特率，如圖所示。

因為這個波特率是儀器通過大量的位寬平均統計出來的，排除了由於測量誤差造成的偏差。這個值是真實可靠的。所以我們可以肯定是總線上某些節點的波特率有所偏差，即“一粒老鼠屎壞一鍋粥”
一旦波特率有所偏差就會導致出錯的概率大大增加，重發的無效數據次數增多，數據傳輸延遲等現象。降低了CAN重同步糾錯能力，所以保證準確的波特率是CAN通訊中最重要的。PS：之所以選擇125K為例，是因為125K是最經常出問題的波特率。
3 解決方案
(1). 通過CANSCOPE眼圖反溯功能（見排查步驟7），找到波特率不匹配的節點，對其程序中的位定時寄存器或者晶振進行修正為正確位時間；
(2). 將總線上每個節點單獨上電，用CANSCOPE測試其波特率，找到故障節點，亦對其程序中的位定時寄存器或者晶振進行修正為正確位時間。
(3). 如果無法修改故障節點的程序，或者已經是同樣的波特率還是無法正常通訊。這時需要考慮到可能是采樣點不一致導致。所以建議修改正常節點的程序。需要提高正常節點波特率寄存器中的同步跳轉寬度SJW值（加大到3個單位時間），則可以加大位寬度和采樣點的容忍度。
(4). 如果所有節點都無法修改，則建議購買致遠電子的CAN網橋CANbridge串聯在故障節點上，由CAN網橋來調整兩端的波特率寄存器匹配值，保證通訊。
排查步驟2——總線工作狀態“體檢”
評價一個CAN總線到底工作狀況如何，是我們檢查的基本步驟。以前即使對於正常工作的節點，我們也隻能模糊的回答“從通訊上看是正常的”或者“偶爾不正常”，這時心裏也是沒底的。
所以我們可以使用CANScope的報文統計功能，定量評價總線概況。就像醫院裏麵的各種常規檢查。評價一個人是健康還是亞健康，還是疾病。
1 操作方法
(1). 打開CANScope，在CAN報文界麵點擊開啟，這時CANScope默認進行一次匹配波特率和示波器自動量程，可以切換到CAN示波器界麵，等待自動量程結束後。
為了保證數據正確性（因為自動匹配時可能會有異常數據），所以需要再切換到CAN報文界麵，點擊停止，然後再點擊啟動，以清除剛才的異常數據。記錄一定時間的報文，推薦記錄1萬-10萬幀作為一個評價基數。然後點擊停止，進行下麵的統計工作。

(2). 點擊報文界麵右上角的幀統計功能，就有一個框對所有收到的報文進行分類。

比如這個總線的成功CAN幀占83.8%，其他的都是錯誤的，每種錯誤類型和百分比都一目了然。這樣我們就可以量化評價一個總線好壞。
成功率
狀態
80%以下
基本不能工作（信號延遲、丟失等情況非常嚴重）
80%-90%
亞健康待整改（信號經常有延遲、丟失等情況）
90%-95%
可工作（信號偶爾有延遲、丟失等情況）
97%以上
工作狀況較好（總線錯誤對通訊影響較小）
由於CAN的校驗機製，保證了錯誤不會被CAN節點接收，但錯誤的報文也會占用總線時間，導致正確的報文延時或者總線堵塞。所以提高傳輸成功率就是保證係統工作正常。
2 典型案例（整改成果量化統計）
平時我們做CAN的測試和整改工作，如何反映我們的整改效果？怎麼才能體現出我們的努力？從大的來說可以給黨和人民一個交代，從小的來說，對得起自己的辛勤勞動。所以必須用報文統計功能來導出報表，量化整改成果。
比如，我們在整改之前，先統計一下報表，發現成功率隻有83.3，而整改後，提高到99.9%，很明顯我們的整改工作是有效的。

3 解決方案
從幀統計中如果發現有錯誤，則可以雙擊這個錯誤，即可在報文上麵定位到這一幀，然後在選項卡右邊右擊，新建水平窗口。

然後就可以查看對應的波形，達到發現問題所在的目的。
排查步驟3——流量分析與總線利用率排查傳輸堵塞
CAN總線本質上還是半雙工通訊，就是“單行道”，即一個節點發送的時候其他節點無法發送數據。雖然CAN報文ID有優先級的區分，但如果高優先級一直占用總線，導致低優先級的節點就無法發出數據，這就是堵塞現象。所以控製流量，防止堵塞是總線健康正常通訊的基本要素。
1操作方法
(1).操作CANScope能正常接收報文後，然後打開總線利用率。即可獲得目前總線的基本流量概況。


點擊刷新時間，改為較快。觀察一段時間：
如果利用率都沒有超過30%，則說明總線流量較好，沒有明顯的擁堵情況；
如果有利用率突發超過70%，則說有堵塞情況，建議進行下麵第二步流量分析的排查。
如果平均利用率都在70%以上，則說明總線嚴重擁堵，必須進行流量分析整改。
(2).與排查步驟2類似，先取得1萬-10萬幀的評價基數。然後點擊流量分析，在CAN報文下麵生成以時間軸排列的CAN報文時序圖。

這樣我們就可以發現有擁堵的位置。

可以按住CTL，鼠標左鍵放大查看對應區域，看看是哪些ID導致了堵塞。

可以將鼠標停在幀之間，可以自動測量幀間隔寬度。

(3).擁堵的還有一個重要的危害就是發生競爭，導致仲裁。在仲裁結束時，容易產生尖峰脈衝，有導致位翻轉的隱患，特別是在容抗較大場合，容易導致位錯誤。

2典型案例（礦山瓦斯監測數據堵塞問題）
由於煤礦通訊的距離很遠，所以波特率通常都是設置為5K，每秒的最大帶寬隻有40幀/秒，因此如果同時有50個節點平均1秒各發1幀數據，肯定有10個低優先級的節點數據發不出來。實際情況是當節點數量超過30以後，就經常有節點上傳延遲。

3解決方案
主要是要修改通訊協議：
(1).子節點拉大定時上傳的周期，比如此案例，可以將所有節點的上傳周期改為2秒；
(2).采用“平時主機輪詢式通訊，突發事件子節點上傳數據”的方式，保證了正常通訊秩序與突發事件的實時響應速度；
(3).采用主機定時發送心跳，子節點按時間片輪轉的方式上傳，如果某個子節點遇到突發事件，子節點可打破規則，即時上傳數據。
(4).提高通訊波特率，提高傳輸帶寬。但要小心這樣會縮短通訊距離，有可能導致通訊異常。
(5).采用光纖傳輸，提高傳輸帶寬。因為光纖傳輸延遲是雙絞線的1/2，所以同樣距離，使用光纖介質可以提高1倍傳輸波特率，這裏推薦使用致遠電子的CANHUB-AF1S1光纖轉換器，其特色是在光纖上麵依然保持CAN鏈路層信號。獲得最佳的帶寬和實時性。