如何使用DSLogic分析CAN/CAN-FD 信號(hào)？

一 文檔介紹

本文將一步步介紹如何使用DSLogic邏輯分析儀采集并分析 CAN/CAN-FD 信號(hào)，因?yàn)?CAN 信號(hào)的測量和 CAN-FD 的大致一樣，所以下文以 CAN-FD 舉例，在有區(qū)別之處，將會(huì)做特別說明。

此次演示的案例特征為：

仲裁域波特率 500Kbps

數(shù)據(jù)域波特率 1Mbps

發(fā)送 “01 23 45 67 89 AB CD EF ….(其余數(shù)據(jù)位補(bǔ)0)” 共 64 位數(shù)據(jù)到 ID 地址”0x100″。

二 需要測量哪幾個(gè)信號(hào)

CAN-FD 協(xié)議是半雙工的，在 MCU 端使用 TX/RX 進(jìn)行收發(fā)信號(hào)，發(fā)送端并不是通過 TX/RX 直接接到別的節(jié)點(diǎn)的 MCU ，而是先將 TX/RX 接入到 CAN-FD 收發(fā)器，將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為差分信號(hào) CAN-FD_H和 CAN-FD_L，測量信號(hào)時(shí)需要注意接的是 TTL 邏輯端，還是 CAN-FD 總線端。

圖1 MCU與收發(fā)器結(jié)構(gòu)

所以，如果你要測量 TTL 信號(hào)，則將探頭接入到 TX 引腳，如果要測量總線端信號(hào)，則接入到 CAN-FD_L ，你可能要問，可以接入到 CAN-FD_H ？單獨(dú)觀察波形的話，是可以的，但因?yàn)槲覀兪鞘褂眠壿嫹治鰞x對信號(hào)進(jìn)行解碼，而 CAN-FD_L 的電平變化和 TTL 端的電平變化是一致的，CAN-FD_H 和 TTL 端是反相的，所以為了方便對比觀察解碼結(jié)果，要接入 CAN-FD_L。

三 信號(hào)的實(shí)際模樣

邏輯分析儀分析的是數(shù)字信號(hào)，在采集分析之前，我們推薦先用示波器觀察下信號(hào)實(shí)際是什么樣子的，對真實(shí)波形有一個(gè)基本的認(rèn)知。

下面我們使用璞石示波器來完成捕獲模擬波形的演示。

3.1 MCU 側(cè) TTL 信號(hào)

測 TTL 時(shí)探頭接 TTL 信號(hào)，探頭使用 X1 擋位，探頭接地夾接邏輯端的參考地，一般是 MCU 的 GND 引腳，此處是使用接地彈簧接 GND。

圖2 探頭測試 TX 信號(hào)

示波器 0 通道探頭放在靠近 MCU 的 TX 引腳處，夾子接邏輯側(cè)參考地，啟動(dòng) CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，如下圖所示。

圖3 示波器顯示 TX 信號(hào)

可以看到這是一個(gè)符合 TTL 標(biāo)準(zhǔn)，幅度為 3.4V 的波形。

3.3 收發(fā)器側(cè)差分信號(hào)

因?yàn)樵?a target="_blank">電路設(shè)計(jì)中一般都會(huì)對總線端的電源做隔離，所以在測 CAN-FD 時(shí)，兩個(gè)探頭分別接 CAN-FD_H 和 CAN-FD_L 信號(hào)，但是探頭接地夾需要接總線端的參考地，一般是 CAN-FD 收發(fā)器芯片的 GND 引腳，不要接到 MCU 的 GND 上去了。

圖4 探頭測試差分信號(hào)

圖 4 左邊三個(gè)座子依次為 CAN-FD_H，GND，CAN-FD_L。

示波器 0 通道探頭放在 CAN-FD_H，接地彈簧接總線側(cè)參考地 。示波器 1 通道探頭放在 CAN-FD_L，接地彈簧接總線側(cè)參考地，啟動(dòng) CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，將波形光標(biāo)重合在一起，如下圖所示。

圖5 差分信號(hào)

可以看到 CAN-FD 中空閑時(shí)差分電平壓差為 0，當(dāng) CAN-FD_L 出現(xiàn)低電平時(shí)開始數(shù)據(jù)的傳輸?？梢钥吹紺AN-FD_L的波形和TTL端的信號(hào)是同向的，而CAN-FD_H的波形和TTL端的信號(hào)是反向的。

同時(shí)，也可以觀察到CAN-FD信號(hào)高低電平的特殊之處，以CAN-FD_L為例，它的低電平并不是0V。通常標(biāo)準(zhǔn)CAN/CAN-FD總線信號(hào)的L端低電平為1.5V，高電平為2.5V。

也有一些CAN系統(tǒng)，總線信號(hào)的電平和標(biāo)準(zhǔn)不太一致，這也是為什么我們推薦先用示波器觀察實(shí)際波形的原因。因?yàn)樵谑褂眠壿嫹治鰞x分析波形時(shí)，需要設(shè)置正確的“閾值”電壓，邏輯分析儀才能采集到正確的信號(hào)。

四 信號(hào)的采樣與解碼

在示波器上可以觀察到信號(hào)的波形質(zhì)量，但是示波器不擅長長時(shí)間抓取波形，同時(shí)進(jìn)行解碼分析。所以當(dāng)想要分析協(xié)議通訊的內(nèi)容時(shí)，使用DSLogic邏輯分析儀是最合適的工具。

4.1 信號(hào)的連接

在DSLogic Plus中，可以選擇任意通道對波形進(jìn)行采集。我們使用 1 通道來采集 CAN-FD_L 信號(hào)。

連接排線至邏輯分析儀的采樣端口，圖 6 顯示了排線和通道的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 排線與邏輯分析儀的連接

連接 1 通道至 CAN-FD_L，黑色信號(hào)線為接地信號(hào)線,連接 CAN-FD 收發(fā)器的 GND。連接效果如圖。

圖7 連接信號(hào)

4.2 采樣設(shè)置

打開 DSView，在左上角點(diǎn)擊“選項(xiàng)”，按照圖4 參數(shù)設(shè)置，其中關(guān)于閾值電壓，在圖5 中，我們可以看到通訊波形中 CAN-FD_L 的電壓范圍大致在 1.5V – 2.5V 之間，所以閾值可以設(shè)置為 2V 左右。

采樣率一般推薦設(shè)置為波形最大速率的 10 倍。例如此處選擇 10MHz采樣率進(jìn)行采集分析。

通道選項(xiàng)的所有選項(xiàng)都符合我們的要求，我們選擇就選第一個(gè)。其他選項(xiàng)保持默認(rèn)，點(diǎn)擊確定。

圖8 選項(xiàng)設(shè)置

設(shè)備選項(xiàng)設(shè)置完成后，采樣時(shí)間這里設(shè)置為 5ms，在”模式“中，我們選擇“單次”。關(guān)鍵的閾值、采樣時(shí)間和采樣率設(shè)置完成后，我們接下來設(shè)置觸發(fā)方式。

從圖5 可以看到 CAN-FD_L 出現(xiàn)下降沿開始通訊，所以我們設(shè)置觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，點(diǎn)擊1 通道左側(cè)的下降沿標(biāo)識(shí)，顯示為藍(lán)色則為下降沿觸發(fā)。

圖9 觸發(fā)設(shè)置

完成以上接線和設(shè)置后，其他設(shè)置保持默認(rèn)，點(diǎn)擊 DSView 菜單欄的“開始”，此時(shí)邏輯分析儀正在等待觸發(fā)波形的出現(xiàn)，然后啟動(dòng) CAN-FD 傳輸，觸發(fā)后等待波形采集完成。

以上是對 CAN-FD 的采樣設(shè)置，對于 CAN 波形的測試，可以和 CAN-FD 的一致。

4.3 解碼設(shè)置

波形采集完成后會(huì)在軟件界面顯示，此時(shí)可以對波形進(jìn)行解碼操作，具體操作是點(diǎn)擊菜單欄的“解碼”按鈕，在協(xié)議框中輸入“CAN”，點(diǎn)選在下方出現(xiàn)的”CAN-FD“，在彈出的解碼設(shè)置中進(jìn)行解碼設(shè)置。

圖10 解碼設(shè)置

右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項(xiàng)表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。

在”CAN“選項(xiàng)中選擇連接 CAN-FD_L 信號(hào)的通道，我們的通道是 1 通道，所以選擇 1。

“Nominal bitrate” 表示仲裁段波特率，我們的信號(hào)是 500Kbps，所以輸入 500000。

“Fast bitrate” 表示數(shù)據(jù)段波特率，我們的信號(hào)是 1Mbps，所以輸入 1000000。

“Sample point” 表示采樣點(diǎn)位置，在 MCU 對 CAN/CAN-FD 協(xié)議進(jìn)行配置時(shí)，不同的廠家采樣點(diǎn)設(shè)置不一樣，一般采樣點(diǎn)設(shè)置在 70% ，請根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。

如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來限制解碼的范圍，默認(rèn)是對所有波形進(jìn)行解碼。

圖11 解碼器選項(xiàng)

解碼成功后對波形展開，配合協(xié)議列表顯示，可以知道我們對地址為”0x100″的設(shè)備發(fā)送了“01 23 45 67 89 AB CD EF”等數(shù)據(jù)。

圖12 解碼結(jié)果

對于 CAN 波形的測試， 只需要設(shè)置一個(gè)”bitrate” 即可，其他操作和設(shè)置與 CAN-FD 的一致。