汽车电子通信问题的探究：CAN、LIN、CANFD协议解析与车载以太网分析

在汽车电子行业中，通信问题是工程师们经常遇到的挑战。要解决这些问题，示波器作为一个关键工具，其是否具备相关协议的分析插件就变得尤为重要。这些插件如何帮助工程师解决问题？本文将从以太网分析、车载总线协议解码以及CAN位时间测试三个方面来阐述。

一、以太网分析

在现代汽车网络中，以太网技术扮演着至关重要的角色，不仅因为域网络，而且因为激光雷达等高带宽设备的应用。此外，还有降低成本的需求。图1展示了一种典型的汽车网络架构。

为了确保通信稳定性，需要进行多种测试，如眼图测试、发送抖动测试、幅值特性测试和上升下降时间测量等。在这项工作中，ZLG致远电子提供了ZDS4054Plus示波器，它支持100Base-TX（百兆以太网）分析功能。

连接时需要使用转接板、一根SMA转BNC线、二根平行或交叉线。一端连接到示波器，一端到被测设备。如图2所示，是该过程中的连接方式。

除了眼图测试，这款示波器还支持发送抖动测试和幅值特性测试等多种功能，如图4所示。而完整的測試能力包括所有这些功能，如圖5所顯示。

測試結束後，可以導出網頁報表方便工程師進行報告記錄用，如圖6和7所顯示。

二、常用协议解码

除了以太網，這款模擬儀還能完成車載通訊協議之間轉換，比如 CAN, LIN, FlexRay, SENT 和 CAN FD 等協議，這些都是汽車電子工業中最為廣泛應用的協議之一。

當我們談論汽車電子業對於模擬儀參數及性能要求時，我們可以這麼說：

協議解碼：該模擬儀必須兼容主流車載通訊協議，並且不僅僅是單帧波形解碼，而是能夠監控整個通訊過程。

大存儲深度：這意味著它能夠記住大量數據並將其進行編碼。

參數測量：它需支持波特率總線負荷率等多種參數測量。

三個點詳細如下：

免費標配30余種協議解碼

包括自動化工廠常見的CAN, LIN, FlexRay, SENT 和 CAN FD 等，以及 ZDS4054Plus 的大存儲深度 512M 可能監控整個通訊過程，如圖8及9 所顯示。

全部存儲深度全協會編碼事件表

它可以將所有512M 存儲深度下的waveform 都進行編碼並在事件表中顯示。在事件表裡，你可以觀察到每一個frame waveforms 的時間IDField 資料等信息，大大的方便了waveforms 的研究與理解，如圖10 所展示的是LIN 協定的編碼樣式

支持總線上的實時傳輸速率與負載比率測量

ZDS4054Plus 支持51 種參數測量，其中24 種可同時視覺化展現。在 FPGAs 中完全硬體加速，即使 512M 波形資料也只需不到一秒鐘即可完成計時，無法超越目前市場上任何其他產品。我們稱之為 “快速” 或 “準確” 模式，但實際上它是一種通過硬體加速來達成的一般精確模式而非“快速”模式，因為它仍然是一次完整計算而不是分步驟計算，因此我們稱之為“準確” 模式。但由於這兩者都非常快，所以我們通常把它簡稱為 “快速”。例如，在某些情況下，如果你想要檢查你的 DUT 在運行時是否真的滿足了規格中的電路標準，那麼你可能會選擇使用 "準確" 模式，因為那樣你就不會錯過任何事情。但如果你的目標是在短時間內執行許多次相同操作，那麼 "快速" 模式就是更好的選擇。如果你正在尋找一個既有精密又速度快的地方，那麼我建議您查看一下我的設備列表或者直接問我，我一定會找到合適您的機型給您！

四、新颖提出的车载总线位时间测量方法

为什么要关注CAN总线位时间？

CAR总线设计规范对于节点差分信号位时间（即波特率）的规定非常严格，因为同一条总线上的每个节点必须保持较高的一致性，以避免出现错误帧并导致各节点间无法有效通信。这是一个很严格但却十分必要的事情，因为当我们试图通过数据链路层来建立有效无缝集成时，我们发现许多现有的数据链路层实现并没有充分考虑这一点，从而导致了对系统行为进行预测时存在难题，并且这是一个很复杂的问题，因为我们的目标是能够实现在不同的物理环境条件下自动适应调整，以达到最佳效益，而不是单纯地依赖于人为干预去调整它们，这样做会极大提高系统运行效率并减少维护成本，但这并不意味着我们应该忽视物理环境因素，而应该根据实际情况灵活调整策略，这才是真正意义上的智能控制系统设计思维。而这正是我今天想讨论的话题——如何利用最新技术手段来实现这一目标？

如何进行CAN位时间测量？

《Automotive Physical Layer Test Standard GMW14241JUNE2012》明确规定了以下步骤：

选择合适DUT条件，用触发显示Waveform；

计算连续20-30个隐/显边沿差异电平边沿长度平均得到一个位长；

至少重复100次确定最大最小值;

其中，对于单帧Waveform，可见如図12所指引之处，有详细说明具体执行步骤。

传统仪器对此类任务提出的一大难题是在屏幕上从左往右连续数20*100=2000个Waveform，同时需要完成100次手动计算与数据记录，然后最后确定最大最小值。这是一个繁琐且容易出错的手工劳作过程。如果我们想再增加更多帧数，比如说100，则只需点击右侧按钮，就可以看到结果。这使得整个过程更加简洁、高效，并且减少了误差。此外，我们还能够设置好符合厂商标准要求范围内的一个设定好的限额值与界限值，当检测后的结果落入这个范围内则直接标记pass否则fail，也就是说只要检测出来符合标准，就算通过验证，无需再进一步检查和确认，只需要简单地打印报告就好。不仅如此，该仪器还有导出功能，可以将所有实验数据导出为CSV文件，便于后续统计处理或报告制作。