车用CAN总线系统物理层测试台架的设计.pdfVIP

现代制造工程2 0 1 0 年第5 期设备设计 诊断维彰再制造 车用C A N 总线系统物理层测试台架的设计 黄大星1 陈友广2 1 韶关学院 韶关5 1 2 0 0 5 2 健雄职业技术学院 太仓2 1 5 4 1 1 摘要 为了检验C A N 总线系统特征参数 分析了长度与位传输速率的对应关系 并研究了位速率与总线最大长度之间的 对应关系 介绍了车用C A N 总线系统物理层台架的设计过程 对台架C A N 跳变沿斜率信号进行了测试 试验结果表明 C A N 总线系统物理层符合设计要求 关键词 C A N 总线 物理层 台架 测试 中图分类号 T H l 6 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 l 3 1 3 3 2 0 1 0 0 5 0 1 4 8 0 3 T h ed e s ig no fp h y s ic a ll a y e rt e s tb e n c hf o rv e h ic l eC A Nb u ss y s t e m H U A N GD a x in 9 1 C H E NY o u g u a n 9 2 1D e p a r t m e n to fA u t o m o b il e C o H e g eo fS h a o g u a n S h a o g u a n512 0 0 5 G u a n g d o n g C h in a 2C h ie nS h iu n gI n s t it u t eo fT e c h n o l o g y T a ic a n g2 1 5 4 1l J ia n g s u C h in a A b s t r a c t I no r d e rt o t e s tt h ec h a r a c t e r is t ic so fC A Nb u ss y s t e m A n a l y z e dt h ec o r r e s p o n d in gr e l a t io n s h ipb e t w e e nl e n g t ha n d t r a n s m is s io nr a t eo ft h eb it b e t w e e nb itr a t ea n dt h em a x im u n ll e n g t ho fb u s a n din t r o d u c e dt h ed e s ig np r o c e s so fp h y s ic a ll a y e r t e s tb e n c hf o rv e h ic l eC A Nb u ss y s t e m H o p p in ga l o n gt h es l o p eo fC A Ns ig n a l sW a gt e s t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep h y s ic a l l a y e rC A Nb u ss y s t e mm e e tt h ed e s ig nr e q u ir e m e n t s K e yw o r d s C A Nb u s p h y s ic a ll a y e r b e n c h t e s t 控制器局域网 C o n t r o l l e rA r e aN e t w o r k C A N 协 议中规定C A N 分为物理层和数据链路层 物理层为数 据链路层提供服务 物理层的功能主要是由C A N 收 发器来实现 而数据链路层的功能主要是由C A N 控制 器来实现 C A N 收发器为C A N 控制器和物理总线提 供接口 所以 物理层是C A N 总线系统能否正常工作 的基础 物理层台架测试的目的是检验设计的C A N 总 线系统的物理层特征参数是否符合I S 0 11 8 9 8 标准 是 否与先期的设计保持一致 从而判断C A N 总线系统的 设计方案是否可行 2 1 测试采用黑瞎子测试方法 不测试电子控制单元 E l e c t r o n icC o n t r o lU n it E C U 内部C A N 接口 C A N in t e r f a c e 中的任何一个部分 而是在C A N 接口的两端 测试点 T e s tP o in t 1 1 P 进行测试 物理层台架结构示 意图如图1 所示 l车用C A N 总线系统物理层台架的搭建 根据I S 0 1 1 8 9 8 2 标准 搭建物理层时的长度参 数 线端长度为Z 节点间长度为d 和总线长度为 与 总线系统的位传输速率成反比 物理层的长度参数 如图2 所示 E M S T x DR x D P 1 2 f T P l 薷 A B S T X DR x D 砣 2 l f T P 2 厂 狮 l 接几 T P l 4 tI T P l 3T P 2 4 t T P 2 3 T 丽P 43 飘T P 4 4 一卜 R x DT x D A NH T P 5 3 1 卜T P 5 4C A N L 翮 I 蜷旦 P 5 1 何P 5 q R x DT x D I M M o 图l物理层台架结构示意图 江苏省汽车工程重点实验室开放基金项目 Q c 2 0 0 s 0 4 韶关学院科研项目 2 0 0 9 1 5 0 0 4 1 4 8 图2 物理层的长度参数 洲赣洲黛 设备设计 诊断维缈再制造现代制造T 程2 0 1 0 年第5 期 长度与位传输速率的对应关系如表l 所示 表l长度与位传输速率的对应关系 当位传输速率不同时 位传输速率与总线最大长 度之间的对应关系如表2 所示 3 表2 位传输速率与总线最大长度的对应关系 位传输速率 k b it s 总线最大长度 m 5 0 0 2 5 0 1 2 5 1 0 0 5 0 2 0 1 3 0 2 7 0 5 3 0 6 2 0 1 3 0 0 3 3 0 0 C A N 总线网络的总线最大长度主要由以下三方 面的因素决定MJ 1 互联总线节点的回路延时 由 C A N 总线控制器和C A N 收发器等引入 和总线线路 延时 2 由于各节点振荡器频率的相对误差而导致 的位时钟周期误差 3 由于总线电缆串联等效电阻 和总线节点的输入电阻而导致的信号幅度下降 C A N 总线系统网络分布的等效电路如图3 所示 其中 R 为总线电缆电阻 R p L P 为总线电缆单位 长度的电阻率 尺 为终端匹配电阻 R 舯为差分输入电 阻 扑 分别为差分输入 输出电压 R 图3C A N 总线系统网络分布等效电路图 总线节点的差分输入电压由流过该节点差分输 入电阻的电流所决定 当发送节点在总线的一端而 接收节点在总线的另一端时为最坏情况 这时接收节 点的差分输入电压 如为 2礤击ff out u 式中 n 为节点总数 由式 1 可知 总线长度与参数P R 尺珂 n 加和 等有关 实际当中是根据节点和总线在车上的布置位置 检测物理层的长度参数Z d L 是否符合I S O1 1 8 9 8 2 标准 如果符合 则确定当前的长度参数 若不符合 则调整某个节点或总线的布置位置 直到完全符合 I S O11 8 9 8 2 标准为止 搭建的南汽名爵M G 7 动力总 成C A N 总线系统物理层的长度参数d7 Z 分别如表3 和表4 所示 表3M G 7 动力总成C A N 总线调整后长度参数f 7 表4M G 7 动力总线调整后网络节点间长度d 注 总线长度 3 4 1 0 1 3 6 0 2 1 7 5 3 6 8 5 1 0 6 3 0 m m 为了实现测试 断开C A N 控制器与C A N 收发器 之间的连接 收发器的T x D 引脚 在收发器的T x D 引 脚接入信号发生器 s ig n a lg e n e r a t o r 信号发生器给 C A N 收发器一个外部的激励 仿真C A N 总线系统的 信号 在收发器的T x D R x D 引脚处建立测试点 利用 示波器对C A N 总线系统的物理层参数进行测试 测试 示意图如图5 所示po 图4 物理层测试示意图 2台架C A N 信号跳变沿斜率测试及结果分 析 2 1 台架C A N 信号跳变沿斜率测试 C A N 信号波形的质量决定了C A N 总线系统数据 传输的可靠性 C A N 信号跳变沿斜率是表征C A N 信 号波形质量好坏的指标 太大或太小都会造成C A N 信 号波形失真 信号跳变沿斜率是指信号的电压相对于时间改 变的比率 C A N 信号跳变沿斜率是通过示波器抓捕 的波形计算而得 由于波形在拐角处易发生突变等 不规则现象 所以选择波形上升沿的1 0 和9 0 处作 为计算的起点和终点 如图5 所示 1 4 9 一尸 现代制造t 程2 0 1 0 年第5 期设备设计 诊断维修 再制造 U C A N H 一U C A N L 图5 跳变沿斜率的计算示意图 示波器 E n g in eM a n a g eS y s t e m E M S 的C A N 信 号跳变沿波形如图6 所示 图6E M S 的C A N 信号跳变沿波形 2 2 测试结果分析 波形横坐标单位为u s 纵坐标单位为V 由图6 得 厶 6 6 n s a y 1 6 0 1 6 V 则跳变沿斜率为a y a x 2 4 2 7 V 归 C A N 信号跳变沿斜率的计算结果如表5 所示 表5C A N 信号跳变沿斜率计算结果 根据I S O1 1 8 9 8 2 物理层测试规范的要求 跳变 沿斜率应在1 2 l O O V p s 之间 可见 此设计符合要 求 3结语 本文对车用C A N 总线系统物理层测试台架进行 了设计 并根据南汽名爵M G 7 动力总成C A N 总线系 统物理层的要求 对C A N 总线参数进行了调整设计 在台架上对C A N 信号波形的信号跳变沿斜率进行测 试 经测试的信号符合I S 0 11 8 9 8 2 物理层测试规范的 要求 表明设计的C A N 总线系统物理层测试台架是可 靠的 参考文献 1 邬宽明 C A N 总线原理和应用系统设计 M 北京 北京航空航天大学出版社 1 9 9 6 2 王海涛 蒋德云 利用C A N 总线实现汽车本身控制 系统的开发 J 现代制造工程 2 0 0 9 4 1 2 6 1 2 9 3 白中浩 曹立波 刘拥华 等 基于C A N 总线的汽车 车身网络系统开发 J 客车技术与研究 2 0 0 5 0 6 1 8 2 0 4 饶运涛 邹继军 王进宏 等 现场总线C A N 原理与 应用技术 M 北京 北京航空航天大学出版社 2 0 0 7 5 王丽芳 唐晓泉 周超 车用C A N 总线测试平台研发 与应用 J 高技术通讯 2 0 0 5 1 5 8 6 1 作者简介 黄大星 讲师 博士研究生 E m a il h u a n g d a x in 9 2 0 0 7 1 6 3 e o m 收稿日期 2 0 0 9 0 6 1 0 上接第1 2 2 页 2 俞新陆 液压机 M 北京 机械工业出版社 1 9 8 2 3 N a r c is oFM a c ia G e o g eJT h a l e r M o d e l in ga n d