【汽车总线技术】CAN和CAN FD总线故障诊断

在总线测试的过程中，总会遇到各种各样的问题，本文主要总结了平时测试过程中经常遇到的一些典型问题，并给出解决方案。如果总线出现故障，大致可以按照标题顺序来检查。

1.断线

如果线缆破损，CAN通讯则无法继续

解决方法：
1、可以明显看出来线缆损坏的话，直接换线即可
2、外表看不出来的，可以使用断路测试仪检查每一个引脚，确定线缆损坏，换线。
2.线缆类型错：非CAN线
有可能现场用的线缆看起来是用于CAN方面的，但实际不是CAN线缆，不符合标准定义。大部分常见产品采用DSub9接头，符合 CiA® 303-1关于引脚定义的规范。当然也可以采用其他比如RJ45等接头。 如下表是DB9端CAN的引脚定义。


解决方法：
检查线缆的引脚分配，如果不符合标准就更换线缆；如果符合标准，再检查其它方面。

3.接线不当

当一个CAN网络中有多个节点，连接的时候有多个插头需要连接的时候，就很可能出现连接错误。导致无法进行CAN通讯或者出现零星错误

上图的CAN节点2的错误状态可能会变成被动错误。
解决方法：
1、检查所有插线是否正确
2、检查所有接头是否引脚匹配

4.网络上只有一个正常通讯的节点

一个正常工作的CAN网络至少有两个或者更多CAN节点。如果只有一个CAN节点正常工作，它的错误状态就会进入被动错误，因为它发送报文后没法接收到对方的确认回复。

解决方法：
可以用分析仪监测节点的错误状态

• Bus Light：超过96个错误时，进入”error active”
• Bus Heavy：超过127个错误，进入"error passive"
• Bus Off：超过255个错误，进入”bus off

注意： 如果只有一个正常工作的CAN节点而且它发送了一条CAN报文，那么这个报文就会很快速地一直被重发，直到它收到另外一个节点的确认回复或进入被动错误状态。
这些信息可以通过PCAN-Diag FD或者PCAN-View等获取，可以参考下图：

5.CAN线太长

传统CAN总线波特率与长度相关（见上表关系）。1Mbit/s的波特率，在一个完美的布线系统里面不能超过40m（理论值）。最大的线缆长度也与所用收发器有关。对于CAN FD来讲，波特率也取决于线缆长度，尽管CAN FD的波特率更高，如果总线长度超过40米，CAN报文就会失效，因为ACK位到来的太晚。

解决方法：
根据实际情况缩短线缆的长度

6.总线负载率过高

总线负载过高会引起传输故障。这个通常是指发送的报文过多，特别是在波特率和cycle time较高的情况下容易发生。或者是一条CAN报文发生错误，然后CAN控制器一直尝试重发该报文，这会导致总线负载增加。

诊断方法：采用PCAN-View或者手持式诊断仪显示总线负载率
解决方法：
1、减少报文
2、延长报文发送周期，
3、提高总线波特率
4、如果使用CAN2.0，后续可以考虑使用CAN FD

7.终端电阻错误

高速CAN总线 (ISO 11898-2) 必须在CAN线两端各接入120 Ω 终端电阻（CAN_L与CAN_H之间）。这样做有利于减少线缆的信号反射并确保CAN收发器能正常工作。


解决方法：
1、使用PCAN-Diag FD，测量CAN_L与CAN_H之间的终端电阻。
2、有经验的用户以利用PCAN-Diag FD的示波器上波形形状评估终端电阻的情况（看侧翼振铃等）

下面我们会看下不同的终端电阻情况下的波形特征：
终端电阻情况2：过载Over termination
过载原因：终端电阻接入太多
正常两个120欧姆终端电阻并联应该是60欧姆左右，如下图测出来是13欧姆，导致CAN波形畸变。


终端电阻情况2：终端电阻接入太少或者丢失
正常两个120欧姆终端电阻并联应该是60欧姆左右，如下图测出来是丢失，导致CAN波形畸变。

8.波特率错误

同一个网络的各节点波特率应保持一致。如果不一致，则节点会进入bus off的错误状态，并会影响其他节点通讯；这时如果电脑端用的是PEAK的PCAN-View软件，如下图可以看到ID 300的报文Cycle Time不正常，下面的总线状态也会显示Bus-off

解决方法：
采用PCAN-Diag FD检测CAN/CAN FD网络的波特率。

9.相同ID引起的通讯冲突

在一个CAN网络中，应当保证每个节点的报文ID都不一样；如果发现两条报文ID一样的情况，这样就没法仲裁哪条报文的优先级更高，每次冲突都会使得错误计数器加1.
解决方法：
可以通过PCAN-Diag FD的trace记录功能以及错误帧记录功能查找，或者用PCAN-View/PCAN-Explorer软件在线监控，查找哪些CAN报文发生了冲突

10. 传统CAN网络中出现CAN FD报文

CAN 2.0 A/B网络会将CAN FD报文报告为错误，因为CAN报文帧的结构发生了变化。CAN FD控制器则可以同时解析并传输CAN FD和传统CAN报文。在PCAN-View在线监控或者手持式PCAN-Diag FD设备可以看到这种Error Passive的显示界面。

11. 相同的波特率但是时钟频率不同

这个主要是针对CAN FD网路，在CAN FD网络里，波特率越高就会越接近物理极限。所以在同一条网络，不建议用户使用不同的时钟频率。
CiA是建议使用40或者80MHz的时钟频率。

12. 关于虹科

广州虹科电子科技有限公司（前身是宏科）成立于 1995 年，总部位于中国南方经济和文化中心—广州市。我们耕耘的领域包括测试测量、汽车电子、自动化、嵌入式开发工具和软件工程、数据采集、无线电通信与监测、网络可视化。我们除了销售产品之外，还为中国客户提供二次开发、维护和培训服务。

目前我们在广州、北京、上海、西安、成都、武汉、深圳、香港和台湾设有分支机构。

主要产品有：
1、汽车总线工具方面
a)德国PEAK-System的CAN/CAN FD卡，CAN/CAN FD总线分析软件，CAN/CAN FD路由器，CAN IO数采模块等；
b)德国Lipowsky的Baby-LIN系列LIN总线仿真分析工具；
c)德国益驰的CAN总线仿真分析工具，CAN干扰仪等
2、测试测量方面
a)英国PicoScope汽车诊断示波器；
b)英国Pickering Interfaces的产品：主要是有信号开关与程控电阻，架构形式有PCI，PXI，LXI，GPIB；分类有：通用、矩阵、多路复用、射频与微波模块，故障注入开关，光纤开关等；
c)美国Marvintest solution基于PXI/PXIe的功能模块和系统，主要有：数字I/O、 FPGA、万用表、模拟板卡、信号源、电源、机箱、控制器、ATeasy开发软件，半导体测试系统等；
d)意大利AT、美国DS信号源等。
3、工业自动化方面
a)德国SYSTEC的CANopen源代码，PLC Core；
b)德国KUNBUS的模块化工业网关，工业以太网和现场总线通讯接口嵌入式模块；
c)德国KPA的EtherCAT网络开发、安装和诊断工具，EtherCAT主站、从站协议栈；
d)其它还有Helmholz（赫姆赫兹），Softing，PROCENTEC等；
e)德国Microcontrol的坚固性数采模块。
4、数据采集方面
主要用于测量和/或记录温度、湿度、压力、振动，光照，CO2，4-20mA，0-10V等的传感器/变送器，数据记录仪，温度记录仪，中央环境监测系统等。
a)药品供应链的温度等监测解决方案：主要品牌瑞士ELPRO，PDF温度/湿度记录仪，完全符合GxP法规；
b)数据记录仪：主要品牌瑞士MSR（微型记录仪），欧洲Comet，瑞士ELPRO；
c)工业变送器和传感器：主要品牌欧洲Comet。输出可选RS232，RS485，以太网，PoE，4-20mA，0-10V，继电器；
d)中央环境监测系统：主要品牌瑞士ELPRO，欧洲Comet。
5、无线电通信与监测方面
a)拉脱维亚SAF的手持式频谱仪；
b)加拿大thinkRF的模块化频谱仪；
c)意大利Rover用于卫星通信的射频光纤链路、合路器/分路器、转发器矩阵、冗余开关等；
d)瑞典PROGIRA广播网络规划、频谱规划、在线可视化网络覆盖等的软件解决方案；
e)德国Novotronik用于音频、高频信号切换和分配的开关矩阵、多路耦合器、放大器等定制解决方案。
6、网络安全与可视化
a）网络可视化产品：主要品牌Cubro，Profitap，Ntop，包括网络数据包代理，分路器，旁路交换机，云交换机，网络探针，网络设备管理平台，网络流量分析器，多合一网络分析工具等；
b）软件安全：主要品牌Veracode，包括静态分析SAST，动态分析DAST，软件开发组件分析SCA，交互测试分析IAST等等；
c）时间同步：主要品牌Elproma，提供NTP PTP/IEEE1588 IRIG网络时间同步解决方案。