摘要：CAN總線是當前應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，但其復雜的故障排查經(jīng)常困擾到應用工程師。本文結(jié)合工作經(jīng)驗為大家推薦幾種快速定位CAN總線故障節(jié)點的方法。
一、總線故障
CAN總線故障的原因多種多樣，如節(jié)點發(fā)送周期異常、節(jié)點掉線甚至整條總線被拖垮。一個故障節(jié)點或者隱患節(jié)點往往會危害到整個產(chǎn)品的安全，如新能源車的控制總線中，故障節(jié)點導致儀表盤數(shù)據(jù)更新滯后、顯示錯誤導致司機判斷錯誤引發(fā)道路安全事故。
圖1總線故障案例
二、故障定位方法
方法一：將CAN節(jié)點一個一個往總線上接，每接一個節(jié)點后觀察、測試總線通信狀況。該方法相信是絕大多數(shù)現(xiàn)場應用工程師都有嘗試，往往可以零成本揪出問題節(jié)點。以上方法雖然非常簡單，但弊端也很多。其一，當總線節(jié)點過多或者總線布線復雜時往往使工程師抓狂；其二，假如故障原因是各節(jié)點容抗、阻抗控制不好導致的，往往多個節(jié)點的累積效應才導致問題出現(xiàn)，因此最后一個掛上去且總線出問題的節(jié)點不可避免要“背鍋”。
圖2節(jié)點依次接入總線
方法二：根據(jù)特征電平判斷錯誤原因。從波形上對通信錯誤的診斷往往是最直接、高效的，但這依賴豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，筆者此處列舉幾個CAN波形案例供參考。
圖3錯誤幀是在幀結(jié)束位置出現(xiàn)電平臺階。此錯誤由主動錯誤標志+錯誤標志疊加而成，二次抬高的是6個連續(xù)顯性電平，因某節(jié)點錯誤后全局通知，各節(jié)點錯誤標志疊加造成的。通常，當節(jié)點受較強的電磁場干擾后易發(fā)生此類錯誤，如變頻器、逆變器、電機等功率器件。此時，我們亦可配合FFT分析工具分析干擾頻點，以此定位到干擾源并屏蔽它，如圖4。
圖3幀結(jié)束波形臺階
圖4FFT分析干擾頻點
圖5錯誤幀波形邊沿出現(xiàn)抖動，此錯誤一般是長分支導致。在一字型總線網(wǎng)絡拓撲布線完整且兩端各匹配120歐終端電阻情況下，為了再將遠端新節(jié)點接入網(wǎng)絡使用一根較長通信線直接接入CAN網(wǎng)絡，此節(jié)點將帶來長分支問題。一般地，長分支仍需要做阻抗匹配，更好的方式是從兩端延長通信線接上該節(jié)點，仍“手挽手”保持一字型網(wǎng)絡拓撲。
圖5長分支導致邊沿抖動
圖6波特率異常（位寬度從2us突然變成1.6us），導致位錯誤引起錯誤幀。位寬的不穩(wěn)定是波特率不穩(wěn)定導致的，最有可能的原因是晶振問題，建議更換晶振測試。
圖6波特率偏差引起錯誤幀
方法三：使用CAN轉(zhuǎn)換器或接口類產(chǎn)品輔助排查。簡單的故障排查一般我們采用USBCAN卡解決，通過抓取總線上的報文分析故障節(jié)點。極端情況下，一個故障節(jié)點往往能直接拖垮一個總線，總線上將無任何數(shù)據(jù)，此時怎么通過抓取報文解決問題呢？通過一個多路的CAN集線器能解決以上問題。CAN集線器的每個CAN接口都是一個獨立的CAN節(jié)點，一路CAN的嚴重故障不會導致所有節(jié)點不能進行數(shù)據(jù)收發(fā)，此時不能正常發(fā)出數(shù)據(jù)的節(jié)點可判定為故障節(jié)點。
圖7CANHUB提供8路獨立CAN網(wǎng)絡
三、總結(jié)
以上內(nèi)容為工程師呈現(xiàn)幾種常用的CAN總線故障定位方法，從便捷、成本、高效方面考慮，筆者優(yōu)先推薦方法三。此外，CAN集線器也兼顧中繼器、信號放大器的作用，把多個節(jié)點拆分到不同獨立的CAN總線上能消除負載集中，有效減小總線故障的發(fā)生。若您有更好的CAN總線故障排查方法可在文章下方留言，與廣大工程師交流分享。
圖8 CANHub-AS8應用實例