Sửa lỗi CAN, LIN và FlexRay trên ô tô với máy Oscilloscope

Ô tô ngày nay sử dụng các ứng dụng hệ thống nhúng phát triển rất nhanh. Nhiều thiết kế xe sử dụng CAN, LIN hoặc FlexRay để giao tiếp giữa các đơn vị kiểm soát điện tử (ECU), và giữa ECU và các cảm biến, bộ điều khiển và màn hình hiển thị. Các bus này quan trọng để cung cấp giao tiếp thời gian thực trong và giữa các hệ thống con quan trọng từ hệ thống phanh đến hệ thống giải trí.

CAN, LIN và FlexRay là các giao thức bus tương đối trưởng thành và được thiết kế để ổn định và dễ tích hợp. Tuy nhiên, giao tiếp có thể bị ảnh hưởng bởi tạp âm, bố trí bo mạch và thời gian mở / tắt nguồn. Các vấn đề có thể bao gồm lỗi bus quá mức và khóa bus. Khác với các phân tích giao thức cơ bản, máy oscilloscope được trang bị giải mã giao thức có thể được sử dụng để xem cả lưu lượng bus đã được giải mã, cũng như chất lượng tín hiệu.

Có lẽ quan trọng hơn, máy oscilloscope có thể được sử dụng để khắc phục sự cố ở mức hệ thống. Xe ô tô phụ thuộc vào các mạng lưới rộng lớn của cảm biến, bộ điều khiển và màn hình hiển thị, và nhiều vấn đề liên quan đến thời gian bus so với các sự kiện hoặc giá trị I / O. Máy oscilloscope rất thích hợp để xem tín hiệu I / O và giao dịch bus cùng một lúc.

Khả năng này để xem các tín hiệu bus và giao thông giải mã ở mức điện và mức hệ thống làm cho máy oscilloscope là lựa chọn tốt nhất để khắc phục sự cố.

CAN / CAN FD

Mạng CAN (Controller Area Network) ban đầu được phát triển vào những năm 1980 bởi Robert Bosch GmbH như một bus giao tiếp giá rẻ giữa các thiết bị trong môi trường có nhiễu điện. Mercedes-Benz trở thành nhà sản xuất ô tô đầu tiên vào năm 1992 sử dụng CAN trong hệ thống xe của họ. Hiện nay, mọi nhà sản xuất ô tô đều sử dụng bộ điều khiển CAN và mạng lưới để kiểm soát nhiều Đơn vị Kiểm soát Điện tử (ECU) khác nhau trong ô tô của họ. Đây là bus chính được sử dụng cho kiểm soát thời gian động cơ, hệ thống phanh chống bó cứng và kiểm soát động cơ, chỉ là một số ví dụ. Và nhờ khả năng chống nhiễu điện, dây nối tối thiểu, khả năng phát hiện lỗi tốt và tốc độ truyền dữ liệu cao, CAN đã mở rộng vào các ứng dụng khác như điều khiển công nghiệp, hải quân, y tế, hàng không vũ trụ và nhiều hơn nữa.

Khi mạng xe hơi phát triển để hỗ trợ nhiều chức năng hơn, cần phải hỗ trợ truyền dữ liệu nhanh hơn giữa các nút. Điều này đã dẫn đến CAN FD, một phiên bản tốc độ cao hơn của CAN có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 8 Mbps với một gói tin dữ liệu có độ dài lên đến 64 byte so với tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 1 Mbps và gói tin dữ liệu có độ dài là 8 byte của CAN. Phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn CAN FD được phát hành vào năm 2012 nhưng sau đó được cập nhật thành tiêu chuẩn ISO (ISO CAN FD) vào năm 2015. Phiên bản ISO đã giới thiệu thêm các biện pháp bảo vệ để cải thiện tính tin cậy giao tiếp. Phiên bản ban đầu hiện được gọi là CAN FD không phải ISO và không tương thích với ISO CAN FD.

CÁCH HOẠT ĐỘNG

CAN / CAN FD đã xác định lớp liên kết dữ liệu của mô hình 7 lớp ISO. Mặc dù có các thông số kỹ thuật về lớp vật lý khác nhau (bao gồm chịu lỗi và dây đơn), ISO 11898 là thông số kỹ thuật phổ biến nhất – được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng. Đây là một giao diện (khác biệt) 2 dây chạy qua một cặp xoắn chống nhiễu (STP), chéo xoắn không chống nhiễu (UTP) hoặc dây cáp mềm. Tốc độ truyền dữ liệu được xác định bởi người sử dụng, với 1 Mb / s là tốc độ nhanh nhất cho CAN và 8 Mb / s là tốc độ nhanh nhất cho CAN FD. Tốc độ thấp nhất là 20 kb / s. Tất cả các nút trên bus phải giao tiếp với cùng một tốc độ bus. (Có cấu hình mà tất cả các nút thay đổi tốc độ bus của họ thành tốc độ cao hơn để đặt lại hoặc chẩn đoán lại, nhưng sau đó trở về tốc độ bình thường của họ.) Chiều dài cáp tối đa phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu được sử dụng. Chiều dài dây tối đa có thể kéo dài hàng ngàn mét ở tốc độ thấp; 40 mét ở tốc độ 1 Mb / s là điển hình. Điện trở kết thúc được sử dụng ở mỗi đầu của cáp.

Cấu trúc BIT NRZ (Non Return to Zero) được sử dụng với bit stuffing để đảm bảo các tin nhắn nhỏ gọn với số lượng chuyển đổi tối thiểu và khả năng chống nhiễu cao. Giao diện bus CAN sử dụng một hệ thống truyền dữ liệu không đồng bộ, trong đó bất kỳ nút nào cũng có thể bắt đầu truyền bất cứ khi nào bus tự do. Các tin nhắn được phát sóng đến tất cả các nút trên mạng. Trong trường hợp nhiều nút khởi tạo tin nhắn cùng một lúc, một quá trình thi hành từng bit được sử dụng để xác định tin nhắn nào có độ ưu tiên cao hơn. Tin nhắn có thể thuộc một trong bốn loại:

• Dữ liệu
• Yêu cầu truyền dữ liệu từ xa
• Tín hiệu chi phí và handshake
• Tín hiệu Lỗi và tuần tự lỗi

CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU TRUYỀN DỮ LIỆU TỪ XA

Trường tạm nghỉ của ba bit trạng thái cho thấy bus tự do. Thời gian chờ Bus có thể có bất kỳ độ dài tùy ý nào, bao gồm cả không.