如何使用CAN分析仪验证MCU CAN错误机制

本文通过实验验证CAN控制器的错误处理机制是否符合相关标准。

具体而言，我们使用ZPS-CANFD设备（ZPS-CANFD介绍）作为测量工具，USBCANFD-200U作为被测设备（DUT），通过注入特定类型的错误，观察DUT的响应是否符合ISO16845-1:2016和ISO11898-1:2015标准的要求。

实验包括接收错误响应验证和发送错误响应验证两个部分。

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测试环境

1.1、硬件准备

• ZPS-CANFD：作为测量设备，用于注入错误并捕获总线数据。ZPS-CANFD是广州致远电子开发的一款总线分析仪，支持CANFD、CAN和LIN总线的测试，适用于汽车电子和工业自动化领域。
• USBCANFD-200U：作为被测设备（DUT），其CAN控制器的错误处理机制需要验证。

1.2、软件准备

打开ZPS-CANFD和USBCANFD-200U的配套软件。

配置CAN通道参数，包括波特率和终端电阻，确保两者匹配。

开启CAN通道，ZPS-CANFD设置为“只听应答模式”，以便于观察DUT的错误帧响应，而不干扰总线。

在CAN控制器的运行机制中，当接收到不同类型的错误时，错误帧的生成位置和REC（接收错误计数器）的增量会有所不同。本节通过两个实例验证DUT在接收错误时的响应。

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实例一：CRC错误

验证目的

观察出现CRC错误后，错误帧生成位置是否符合标准。

观察出现错误帧后，REC递增是否符合标准。

预期结果

根据ISO16845-1:2016标准7.2.5小节，当DUT接收到CRC错误（CANFD帧）时，它将生成一个有效的错误帧，从CRC定界符后的第四位开始。

根据ISO16845-1:2016标准7.6.10小节，当DUT生成一帧错误帧后，其REC应增加1。

错误注入

在ZPS-CANFD软件的报文发送窗口，添加任意报文（例如ID为100的CANFD帧）。

打开高级按钮，勾选“发送干扰”，将干扰位置设置为“自定义”，干扰类型选择“单位干扰”。

将干扰光标移到CRC字段的某个位（注意避开固定填充位），如下图所示。

验证结果

在ZPS-CANFD软件界面，观察错误帧波形。

当DUT接收到CRC错误后，其错误帧从CRC定界符后的第四位开始发出，符合标准。

下图分别展示了正确帧和错误帧的CRC定界符位置对比。

在DUT软件界面，观察错误信息。当出现一帧错误帧时，REC+1；出现两帧错误帧时，REC+2，以此类推，符合标准。如下图所示。

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实例二：EOF错误

验证目的

观察出现EOF错误后，错误帧生成位置是否符合标准。

观察出现错误帧后，REC递增是否符合标准。

预期结果

根据ISO16845-1:2016标准7.2.10小节，当DUT接收到EOF错误时，它将生成一个有效的错误帧，从损坏位的下一位开始。

根据ISO16845-1:2016标准7.6.14小节和ISO11898-1:2015标准12.1.4.2小节，若REC起始值为0且ACK发送成功，REC保持为0；若REC起始值大于0且ACK发送成功，REC减1。

根据ISO16845-1:2016标准7.6.8小节，当DUT生成一帧错误帧后，其REC应增加1。

错误注入

在ZPS-CANFD软件的报文发送窗口，添加任意报文。

打开高级按钮，勾选“发送干扰”，将干扰位置设置为“自定义”，干扰类型选择“单位干扰”。

将干扰光标移到EOF位，如下图所示。

验证结果

在ZPS-CANFD软件界面，观察错误帧波形。当DUT接收到EOF错误后，其错误帧在该位之后的第一位开始发出，符合标准。如下图所示。

在DUT软件界面，观察错误信息。当出现一帧错误帧时，REC保持初始值，符合标准。

例如，若REC初始值为1，因为EOF错误出现在ACK之后，ACK发送成功，REC-1；EOF错误发生，REC+1，因此REC值不变。如下图所示。

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实例三：CRC定界符错误

验证目的

观察出现CRC定界符错误后，错误帧生成位置是否符合标准。

观察出现错误帧后，TEC递增是否符合标准。

预期结果

根据ISO16845-1:2016标准8.2.5小节，当DUT发送报文的CRC定界符位被破坏后，它将生成一个有效的错误帧，从损坏位的下一位开始。

根据ISO16845-1:2016标准8.6.7小节，当DUT生成一帧错误帧后，其TEC应增加8。

错误注入

在ZPS-CANFD软件的被动接收干扰窗口，根据DUT发送的报文设置帧数据和干扰位置。

将干扰光标放到“CRC定界符”位，干扰类型选择“隐性干扰为显性”，并启动干扰，如下图所示。

验证结果

在ZPS-CANFD软件界面，观察错误帧波形。当DUT的CRC定界符位被干扰后，其错误帧在该位之后的第一位开始发出，符合标准。如下图所示。

在DUT软件界面，观察错误信息。当发送一帧错误帧时，TEC+8；发送两帧错误帧时，TEC+16，以此类推，符合标准。如下图所示。

通过以上实验，我们验证了USBCANFD-200U的CAN控制器在接收和发送过程中对CRC错误、EOF错误和CRC定界符错误的响应完全符合ISO16845-1:2016和ISO11898-1:2015标准的要求。

具体而言：

• 在接收错误测试中，DUT正确地在规定的位置生成错误帧，并根据标准调整REC值。
• 在发送错误测试中，DUT在发送过程中检测到错误时，也能正确生成错误帧，并相应地调整TEC值。

这些验证对于确保CAN总线系统的可靠性至关重要，尤其是在汽车电子和工业控制等对通信稳定性有严格要求的领域。通过使用ZPS-CANFD设备进行总线错误注入和分析，我们可以高效地验证CAN控制器的错误处理机制，从而提高系统的设计和调试效率。