使用Agilent6000系列MSO对汽车CAN总线进行调试吊具

使用Agilent6000系列MSO,对汽车CAN总线进行调试

使用Agilent6000系列MSO,对汽车CAN总线进行调试 2011： 引言　　为了改善系统通信质量，降低成本，今天所有的汽车设计都采用了大量串行总线通信协议，I2C 和SPI 协议在电子控制单元(ECUs)中的片对片通信中经常使用。对于各种汽车子系统之间的持久串行通信，例如防盗锁，气囊展开，发动机控制和GPS 导航等，CAN，LAN 以及MOST 协议是最常见的串行总线应用,如图1所示。但不幸的是，持久通信经常受到信号完整性问题的影响，这是由汽车内部自身的非理想环境造成的，包括点火系统和随机系统噪声之间的信号接口，这可能在关键的通信环节中造成错误。　　准确的说，汽车电子系统是嵌入式的混合信号系统，因为它通过数字信号控制多路模拟传感器和模拟发动机控制器。多年来，传统的示波器是汽车电子系统工程师测试模拟和数字信号质量的首选工具。但是传统的模拟和数字示波器具有很多局限性。包括缺乏复杂的串行触发，以及有限的输入通道。然而，一种新的测量工具，混合信号示波器(MSOs)能够提供很多的优势，用来调试和验证当今汽车设计中的工作性能。　　为了说明Agilent 6000 系列MSOs的独特优势，本应用指南给出了一个揭示基于CAN的汽车系统中信号完整性问题的典型的调试方法。除了同步和捕获将模拟传感器信号数字化转化为ECU后的CAN差分信号之外，MSO还能够反复捕获和测量一个远地模拟输入传感器的输入幅度。但是在我们介绍这个特殊的汽车CAN 设计，并介绍如何使用MSO对信号完整性问题进行调试和验证之前，我们首先来定义以下什么是我们所说的MSO。什么是MSO?　　MSO是一个混合测试仪器，它结合了数字存储示波器(DSO)的全部功能和逻辑分析仪的部分功能，以及一些串行协议分析的功能。利用MSO，您可以在同一个屏幕上观察多路时间队列模拟信号，并行数字信号，以及串行解码微波信号，如图2 所示。尽管今天很多传统的示波器具有有限的触发能力，一些MSO包含成熟的串行触发和协议解码分析，是汽车电子系统调试的最佳选择。　　相比与成熟的逻辑分析仪，MSO 一般缺乏足够的数字获取通道，而相对于串行协议分析仪，MSO 则缺乏较高的分析提取程度。但是相比之下，MSO的简单使您能够方便的使用，而避免逻辑分析仪和协议分析仪的复杂操作。事实上，MSO最主要得优点就是它的使用模式。使用MSO和使用示波器十分相似。由于MSO集中了大量的功能，它比使用组合的测试方案，例如示波器与逻辑分析仪，或者示波器与串行总线协议分析仪要方便的多。一个好的MOS，例如AgilentMSO6000,是对用户友好的。它提供快速的波形刷新，包含串行触发和分析，操作起来与示波器十分相似，而不像操作逻辑分析仪或者协议分析仪那样复杂。验证汽车风挡雨刷系统的功能进行验证　　在汽车上集成一个嵌入式设计之前，首先应该在实验室环境下，利用Agilent MSO验证原型机械风挡雨刷系统的电路和协议功能。图3给出了来自原形系统的时间相关的多个模拟和数字信号，通过MSO6104A捕获并显示。通道1的波形(顶端，黄色轨迹)是差分CAN总线信号，它与包括风挡雨刷系统在内的各种外部子系统通信。通道2 波形(中间，绿色轨迹)给出了远地雨量传感器的输出信号电平，用来探测风挡玻璃上雨雪量的大小。同时显示的，还有各种在ECU中时间相关的SPI 控制信号(蓝色轨迹，在示波器屏幕的底部)，包括CLOCK，DATA，CS，和INTERRIPT 信号。这些波形都是通过MSO 的16 个逻辑定时通道获得的。示波器屏幕底部的各种颜色的总线轨迹是CAN数据包的时间相关解码信息，通过用户选取的CAN通道获取(这里是通道1)　　在这个设计中，远地模拟传感器的瞬态输出幅度通过模数转换器(ADC)被转化为数字信号，然后以一定的数据格式(07FHEX)单比特串行地传输到ECU。为了显示这个传感器可重复的传输，验证原型机的功能，MSO最初被设置为在CAN数据桢07FHEX上触发，如图3 所示。模拟传感器的输出值通常被转化为这种格式。在这种示波器配置情况下，汽车设计工程师可以很容易地测试传感器的模拟输出幅度(3.41V)，以及精确转换为CAN数据包的监控信号(BHEX)。在实验室中测试原型机械雨刷系统时，没有发现问题，CAN差分信号看上去没有噪声。　　但不幸的是，当这个系统被集成到汽车中时，这个机械雨刷系统表现得很不稳定，经证明，ECU 获得的数据值有时与模拟湿度传感器真实的物理情况不符。如果电路的问题是可预知的和可重复的，就可以很容易地从根本上解决电路的问题。但是在这个设计中，一旦设计被嵌入了汽车，传感器错误的数据传输是随机的和偶发的，因此很难分离问题的根源。硬件加速CAN 解码发现偶发错误　　图4 是最初在实验室中测得的同样的信号，但是这一次信号来自已经嵌入汽车中的雨刷系统。我们现在看到了噪声的影响，以及由汽车中粗糙的环境导致的差分CAN信号的干涉。汽车设计工程师

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