張涵予說(shuō)，你選擇的車(chē)，讓別人看到你的樣子，你的經(jīng)歷，甚至你的未來(lái)。對(duì)于汽車(chē)電子行業(yè)的工程師來(lái)說(shuō)，選擇一款稱(chēng)手的示波器也是如此。今天來(lái)聊如何用示波器盡可能地“侵入”汽車(chē)內(nèi)部？
如今，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)生活中最主要的交通工具。看著大街上擁堵的汽車(chē)，各大廠商各顯其招。將當(dāng)下最熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于汽車(chē)上，也就是“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”。例如國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴聯(lián)手上汽，將其萬(wàn)物互聯(lián)的概念覆蓋到汽車(chē)領(lǐng)域。
就目前來(lái)說(shuō)，大多廠商的“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”僅是基于傳統(tǒng)的OBD接口作為獲取車(chē)載狀態(tài)的接入點(diǎn)。并不能獲取汽車(chē)的所有通信數(shù)據(jù)。那么汽車(chē)電子行業(yè)真正的測(cè)試需求是什么，或者說(shuō)我們通過(guò)什么去真正的“侵入”汽車(chē)內(nèi)部？
一、從車(chē)用總線說(shuō)起
在汽車(chē)的通信過(guò)程中，大家最熟悉的應(yīng)該是CAN總線。除了CAN總線外，還有以下幾種。接下來(lái)，我們一一來(lái)看。
1. CAN（Controller AreaNetwork）:CAN 控制器局域網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其芯片類(lèi)型達(dá)到上百種。具有高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力，所以在汽車(chē)和嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
CAN的協(xié)議結(jié)構(gòu)中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層已經(jīng)由硬件實(shí)現(xiàn)，目前都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有現(xiàn)成的部件(CAN控制器和收發(fā)器)選擇。因此在單片機(jī)上加上CAN控制器、收發(fā)器，軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序就基本實(shí)現(xiàn)了CAN的通訊功能。
2.LIN（Local Interconnect Network ）總線：其易于實(shí)施、成本低、可應(yīng)用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。例如車(chē)燈、車(chē)門(mén)、座椅和雨刷之類(lèi)的控制是其應(yīng)用領(lǐng)域，它作為CAN網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)償，最大的優(yōu)勢(shì)在于成本低。首先主要是因?yàn)樗扇ART的數(shù)據(jù)格式，所以無(wú)需獨(dú)立的控制器，在UART上以軟件實(shí)現(xiàn)即可。LIN總線在汽車(chē)上的使用如圖1所示。
圖1 LIN總線在汽車(chē)上的使用
3. FlexRay：是一種較新型的通信通信協(xié)議，傳播速度比CAN和LIN更快，可靠性也更高，但其成本也更貴。FlexRay的缺點(diǎn)：其電氣特性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度會(huì)受到限制。FlexRay的實(shí)際產(chǎn)品只有應(yīng)用在寶馬、奧迪、奔馳上。2009底，F(xiàn)lexRay的聯(lián)盟解散。協(xié)議應(yīng)用的廣泛性遠(yuǎn)不如前兩者。
4. CAN FD（CAN with Flexible Data rate）： 在汽車(chē)領(lǐng)域，隨著人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求的增加，傳統(tǒng)的CAN總線由于帶寬的限制難以滿足這種增加的需求。此外為了縮小CAN網(wǎng)絡(luò)（max. 1MBit/s）與FlexRay(max.10MBit/s)網(wǎng)絡(luò)的帶寬差距，BOSCH公司推出了CAN FD 。
CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，同時(shí)CAN FD總線彌補(bǔ)了CAN總線帶寬和數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度的制約，CAN FD總線與CAN總線的區(qū)別主要在可變速率和新的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度兩方面。其數(shù)據(jù)幀幀格式如圖2所示.。
圖2 CAN FD數(shù)據(jù)幀幀格式
5.SENT（Single Edge Nibble Transmission）：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的、單向傳輸?shù)姆桨福挥脕?lái)在汽車(chē)中的傳感器和電子控制單元(ECU)之間傳輸高清傳感器數(shù)據(jù)。
SENT(SAE J2716) 為汽車(chē)傳感器新型接口標(biāo)準(zhǔn),較模擬輸出和PWM 輸出相比，具有很好的EMC特性，節(jié)省線束，節(jié)省插針結(jié)頭的低成本方案,并且能傳輸故障代碼從而使傳感器系統(tǒng)具有很強(qiáng)的故障診斷能力。SENT 將在局部系統(tǒng)中廣泛取代CAN和LIN。
對(duì)于以上通信協(xié)議，我們常用的測(cè)試工具為示波器，那么要做到準(zhǔn)確測(cè)試，需要一款怎樣的示波器？
二、汽車(chē)電子行業(yè)對(duì)示波器參數(shù)和功能的要求
1)協(xié)議解碼：兼容所有主流車(chē)載通信協(xié)議，CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD；
2）大存儲(chǔ)深度：不是簡(jiǎn)單的對(duì)一幀波形解碼，而是可以完整的監(jiān)控整個(gè)通信的過(guò)程；
3）參數(shù)測(cè)量：需支持波特率、總線負(fù)載率等多種參數(shù)的測(cè)量。
三、為什么要選了ZDS4054Plus？
1）免費(fèi)標(biāo)配30余種協(xié)議解碼：包括汽車(chē)電子行業(yè)常用的CAN、LIN、FlexRay、SENT、CANFD。與業(yè)界其他示波器需要付費(fèi)選配，且普遍只支持一幀波形解碼相比， ZDS4054Plus可支持基于512M存儲(chǔ)深度的70s CAN波形解碼，其大存儲(chǔ)可以保證監(jiān)控整個(gè)通信過(guò)程，如圖3、圖4所示。
圖3 免費(fèi)標(biāo)配30余種協(xié)議解碼
圖4 70s CAN波形解碼
2）支持雙ZOOM模式：雙ZOOM這個(gè)功能，只要用了一次，絕對(duì)不會(huì)忘記。可以為兩個(gè)窗口分別設(shè)置不同縮放系數(shù)，所以可以同時(shí)顯示兩個(gè)不同時(shí)間軸范圍的縮放波形。配合觸屏和大旋鈕的便捷操作，可以輕松對(duì)各個(gè)窗口的波形進(jìn)行控制。同時(shí)基于雙ZOOM定位到問(wèn)題幀，去觀察問(wèn)題幀的上升下降沿。如圖5所示。
圖5 雙ZOOM模式
3）擁有全存儲(chǔ)深度、全協(xié)議解碼的事件表：可以將512M存儲(chǔ)深度下的波形全部進(jìn)行解碼，并且在事件表中顯示。事件表可以觀察到具體某幀波形的時(shí)間、幀類(lèi)型、IDField、數(shù)據(jù)等信息，大大方便了我們對(duì)于波形的分析。如圖6所示為L(zhǎng)IN協(xié)議的解碼。
圖6 LIN協(xié)議的解碼
4）支持CAN總線波特率、負(fù)載率測(cè)量：ZDS4054 plus支持51種參數(shù)測(cè)量，24種同屏顯示，如圖7所示。唯一直接支持CAN總線波特率、負(fù)載率直接測(cè)量，所有測(cè)量都是經(jīng)過(guò)FPGA全硬件加速，即使512M波形數(shù)據(jù)測(cè)量不到1s即可。如圖8所示為CAN總線波特率、平均與瞬時(shí)負(fù)載率測(cè)量。
圖7 24種參數(shù)同屏顯示
圖8 CAN總線波特率、負(fù)載率測(cè)量
5）支持頻率/上升沿斜率測(cè)量：測(cè)量波形上升下降沿斜率，正負(fù)脈寬等，如圖9所示。
圖9 波形上升斜率的測(cè)量
除以上功能外，你可能還需要以下功能：
lFIR硬件實(shí)時(shí)濾波：每個(gè)通道內(nèi)置50Hz到200MHz范圍的濾波器，適用于過(guò)濾掉無(wú)用信號(hào)、觀察特定帶寬的場(chǎng)合；
l4M的FFT功能：采樣率為4GSa/s，在1G采樣率下頻率分辨率可精確到250Hz，準(zhǔn)確分析電路中的干擾噪聲來(lái)源；
l波形綜合分析軟件：通過(guò)以太網(wǎng)將512M的波形大數(shù)據(jù)導(dǎo)出到上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的離線分析。
圖10數(shù)據(jù)挖掘型示波器