如何用示波器测试CAN信号？
作为目前车载网络领域成熟、应用广泛的通信总线之一，can总线具有传输可靠性高、速度快、易用等特点。由于其涉及到用户的人身安全，所以在汽车研发、生产、检测、维修等过程中均需做严格的测试。
由于can信号是差分信号，在测试过程中一般需要使用差分探头来进行测试，但在研发阶段的板级测试中，确认安全的前提下可以使用普通低压无源探头进行测试。今天给大家介绍鼎阳科技sds5000x标配的can总线触发与解码，了解示波器是如何测试can信号。本文将以sds5054x+stb3演示板+普通无源探头展示can的测试，供大家参考。
1
can 协议
在测试前需要充分了解can 协议。
can协议有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。其中数据帧和远程帧又分为标准格式和扩展格式两种。标准格式的标识符为11位，扩展帧为29位。
1.1
数据帧
由7个不同的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、数据场、crc场、应答场、帧结尾。
a
帧起始
（sof）标志数据帧和远程帧的开始，仅由一个“显性”（逻辑电平“0”为显性电平，“1”为隐性电平）位组成，只有在总线空闲时才允许发送信号。
b
仲裁场
can总线上发送的每一条报文都具有一个11位或29位的id。can总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”，所以id号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全“0”标志符的报文具有总线传输上的高优先权。
标准格式帧和扩展格式帧的仲裁场格式不同：
标准格式里，仲裁场由11位识别符和rtr位组成。识别符位为id28…id18。识别符后为rtr位。rtr位在数据帧必须为“显性”，在远程帧必须为“隐性”。
扩展格式里，仲裁场包括29位识别符id28…id0（基本id 11位，扩展id 18位）、srr位、ide位、rtr位。基本id首先发送，其次是srr、ide位。
c
控制场
控制场由6个位组成。标准格式里的帧包括数据长度代码，ide位及保留位r0。扩展格式里的帧包括数据长度和保留位r1和r0。保留位必须显性发送。
d
数据场
数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0-8个字节，每字节包含了8个位，msb先发送。
e
crc场
crc场包括crc序列，其后是crc界定符。crc序列为循环冗余检验码。crc序列之后是crc界定符，它包含一个单独的“隐性”位。
f
应答场
应答场长度为2位。包含应答间隙和应答界定符。在应答声里，发送两个“隐性”位，当接收器正确地接收到有效报文，接收器就会在应答间隔期间向发送器发送“显性”位以示应答。
g
帧结尾
每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。由7个“隐性”位组成。
1.2
远程帧
远程帧目的在于请求发送具有同一标识符的数据帧；远程帧由6个不同位的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、crc场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的rtr位是“隐性”的。
1.3
错误帧
错误帧由错误标志和错误界定符两部分组成：
错误标志分为主动的错误标志和被动的错误标志。主动的错误标志由6个连续的“显性”位组成，被动的错误标志由6个连续的“隐性”位组成。
错误界定符：错误界定符包括8个“隐性”位。
1.4
过载帧
过载帧包括过载标志和过载界定符。过载标志由6个“显性”位组成；过载界定符包括8个“隐性”位。
2
示波器测试
在充分了解can协议后，接下来通过示波器展示如何测试can总线。示波器在测试总线时一般使用触发和解码同时进行。触发可以根据实际的需求捕获预期事件，而解码则可以把捕获到的信号进行解码。
2.1
触发配置
首先我们通过stb3演示板输出can信号并使用无源探头通过测试can_l和gnd，接入到示波器，然后根据信号特征设置合适的电压和时基档位。
配置如下：
a
总线选择
首*入触发菜单，类型选择为“总线”，总线协议设置为“can”。如图1所示。
图1：总线选择
b
信号配置
进入信号菜单，信源设置为信号输入通道，本次输入通道为c1。阈值电平需设置到波形区域内，通常为波形中部。如图2所示。
图2：信号配置
c
触发配置
进入触发设置菜单，设置合适的触发条件，如图3所示。从图可以看到触发条件分为开始条件、远程帧、id、id+数据、错误帧。从上节can协议可以知道，这些触发条件均为can协议的里规定的帧特征，是捕获can信号的核心。根据需求设定触发条件，进而监控can总线上的信息。
开始条件：即为数据帧和远程帧的帧起始（sof）。把开始条件作为触发条件时，示波器捕获所有具有sof特征的信号。
远程帧：远程帧的结构与数据帧类似但不传输数据，只为传输数据作初始化。其显著的标志是rtr为“隐性”电平。设置为此条件时，示波器将只捕获远程帧。
id（地址）：为数据帧和远程帧的仲裁场识别符。识别符id越小优先级越高。
id+数据：专门为数据帧准备的触发条件，可以具体的地址和数据在，方便捕获特定数据。
错误帧：专门检测符合错误标志的数据；用于监测总线上的错误帧。
图3：触发条件
d
总线配置
进入菜单将标准波特率配置为输入信号的波特率。can 大支持1mbit/s的传输速率。stb3演示板的波特率为50kbit/s。如图4。
图4：波特图形
2.2
解码配置
解码功能可以把触发捕获的信号进行解码并以一定格式显示出来。按下示波器的“decode”按键进入解码菜单并开启总线功能，如图5所示。
图5：解码菜单
a
解码列表
设置总线并配置解码的行数。显示列表的作用是配置用于显示数据量并查看每帧数据。其中行数可配置1-7行；滚动表示当前正在查询的具体的数据，选中时数据行高亮，可查看屏幕上所有的解码数据。如图6。表示当前采集了43帧数据，正在查看第43帧数据。
图6：解码列表
b
显示选项
数据显示格式，支持二进制、十进制、十六进制、ascaii码。如图7。
图7：显示格式
c
协议信号
与触发菜单类似，设定信源及阈值。需要注意的是，阈值电压需要设置于波形内，若阈值电平位于波形区域外则无法解码。
d
协议配置
配置与输入信息相同的波特率。
e
协议复制
若用户非常清楚触发或解码的协议信号和协议配置，可使用此功能快速复制触发参数到解码，或复制解码参数到触发。
2.3
参数配置小结
通过触发配置和解码配置，我们可以看到can总线只要配置好触发条件、触发和解码的阈值电平、波特率以及数据显示格式即可得到can数据。
下图为stb3输出的can 信号输入到示波器，示波器的触发条件为开始条件，触发和解码的波特率均设置为50kbit/s即可得到can 的解码数据，如图8所示。
图8：总线解码
从上图中，我们可以看到，解码列表里显示了与波形相对应的解码数据：
序号代表从屏幕左边到右对应帧的数据。
time代表每帧相对水平中间位置的时间。
type代表解码得到的帧类型。是标准数据帧、远程帧或是扩展帧。
id代表解码后的报文地址；设置为触发条件，可以对特定报文进行筛选。
length代表解码得到的数据长度；数据长度0到8个字节。
data代表数据帧的数据信息；测试者关心的数据。
crc为检验码；当校验数据不正确时，提示错误信息。
ack为响应位，yes表示有响应位。
此外还可以通过示波器放大功能，选定数据进行放大。总线解码显示与之对应的解码数据并通过不同颜色标注数据的地址、数据、检验码以及响应位。当显示空间不足时，无法显示的数据均以红点表示。当示波器解码结果与协议不一致时，示波器则会显示相应错误。
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1
can 协议
在测试前需要充分了解can 协议。
can协议有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。其中数据帧和远程帧又分为标准格式和扩展格式两种。标准格式的标识符为11位，扩展帧为29位。
1.1
数据帧
由7个不同的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、数据场、crc场、应答场、帧结尾。
a
帧起始
（sof）标志数据帧和远程帧的开始，仅由一个“显性”（逻辑电平“0”为显性电平，“1”为隐性电平）位组成，只有在总线空闲时才允许发送信号。
b
仲裁场
can总线上发送的每一条报文都具有一个11位或29位的id。can总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”，所以id号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全“0”标志符的报文具有总线传输上的高优先权。
标准格式帧和扩展格式帧的仲裁场格式不同：
标准格式里，仲裁场由11位识别符和rtr位组成。识别符位为id28…id18。识别符后为rtr位。rtr位在数据帧必须为“显性”，在远程帧必须为“隐性”。
扩展格式里，仲裁场包括29位识别符id28…id0（基本id 11位，扩展id 18位）、srr位、ide位、rtr位。基本id首先发送，其次是srr、ide位。
c
控制场
控制场由6个位组成。标准格式里的帧包括数据长度代码，ide位及保留位r0。扩展格式里的帧包括数据长度和保留位r1和r0。保留位必须显性发送。
d
数据场
数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0-8个字节，每字节包含了8个位，msb先发送。
e
crc场
crc场包括crc序列，其后是crc界定符。crc序列为循环冗余检验码。crc序列之后是crc界定符，它包含一个单独的“隐性”位。
f
应答场
应答场长度为2位。包含应答间隙和应答界定符。在应答声里，发送两个“隐性”位，当接收器正确地接收到有效报文，接收器就会在应答间隔期间向发送器发送“显性”位以示应答。
g
帧结尾
每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。由7个“隐性”位组成。
1.2
远程帧
远程帧目的在于请求发送具有同一标识符的数据帧；远程帧由6个不同位的场组成。分别为帧起始、仲裁场、控制场、crc场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的rtr位是“隐性”的。
1.3
错误帧
错误帧由错误标志和错误界定符两部分组成：
错误标志分为主动的错误标志和被动的错误标志。主动的错误标志由6个连续的“显性”位组成，被动的错误标志由6个连续的“隐性”位组成。
错误界定符：错误界定符包括8个“隐性”位。
1.4
过载帧
过载帧包括过载标志和过载界定符。过载标志由6个“显性”位组成；过载界定符包括8个“隐性”位。
2
示波器测试
在充分了解can协议后，接下来通过示波器展示如何测试can总线。示波器在测试总线时一般使用触发和解码同时进行。触发可以根据实际的需求捕获预期事件，而解码则可以把捕获到的信号进行解码。
2.1
触发配置
首先我们通过stb3演示板输出can信号并使用无源探头通过测试can_l和gnd，接入到示波器，然后根据信号特征设置合适的电压和时基档位。
配置如下：
a
总线选择
首*入触发菜单，类型选择为“总线”，总线协议设置为“can”。如图1所示。
图1：总线选择
b
信号配置
进入信号菜单，信源设置为信号输入通道，本次输入通道为c1。阈值电平需设置到波形区域内，通常为波形中部。如图2所示。
图2：信号配置
c
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进入触发设置菜单，设置合适的触发条件，如图3所示。从图可以看到触发条件分为开始条件、远程帧、id、id+数据、错误帧。从上节can协议可以知道，这些触发条件均为can协议的里规定的帧特征，是捕获can信号的核心。根据需求设定触发条件，进而监控can总线上的信息。
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远程帧：远程帧的结构与数据帧类似但不传输数据，只为传输数据作初始化。其显著的标志是rtr为“隐性”电平。设置为此条件时，示波器将只捕获远程帧。
id（地址）：为数据帧和远程帧的仲裁场识别符。识别符id越小优先级越高。
id+数据：专门为数据帧准备的触发条件，可以具体的地址和数据在，方便捕获特定数据。
错误帧：专门检测符合错误标志的数据；用于监测总线上的错误帧。
图3：触发条件
d
总线配置
进入菜单将标准波特率配置为输入信号的波特率。can 大支持1mbit/s的传输速率。stb3演示板的波特率为50kbit/s。如图4。
图4：波特图形
2.2
解码配置
解码功能可以把触发捕获的信号进行解码并以一定格式显示出来。按下示波器的“decode”按键进入解码菜单并开启总线功能，如图5所示。
图5：解码菜单
a
解码列表
设置总线并配置解码的行数。显示列表的作用是配置用于显示数据量并查看每帧数据。其中行数可配置1-7行；滚动表示当前正在查询的具体的数据，选中时数据行高亮，可查看屏幕上所有的解码数据。如图6。表示当前采集了43帧数据，正在查看第43帧数据。
图6：解码列表
b
显示选项
数据显示格式，支持二进制、十进制、十六进制、ascaii码。如图7。
图7：显示格式
c
协议信号
与触发菜单类似，设定信源及阈值。需要注意的是，阈值电压需要设置于波形内，若阈值电平位于波形区域外则无法解码。
d
协议配置
配置与输入信息相同的波特率。
e
协议复制
若用户非常清楚触发或解码的协议信号和协议配置，可使用此功能快速复制触发参数到解码，或复制解码参数到触发。
2.3
参数配置小结
通过触发配置和解码配置，我们可以看到can总线只要配置好触发条件、触发和解码的阈值电平、波特率以及数据显示格式即可得到can数据。
下图为stb3输出的can 信号输入到示波器，示波器的触发条件为开始条件，触发和解码的波特率均设置为50kbit/s即可得到can 的解码数据，如图8所示。
图8：总线解码
从上图中，我们可以看到，解码列表里显示了与波形相对应的解码数据：
序号代表从屏幕左边到右对应帧的数据。
time代表每帧相对水平中间位置的时间。
type代表解码得到的帧类型。是标准数据帧、远程帧或是扩展帧。
id代表解码后的报文地址；设置为触发条件，可以对特定报文进行筛选。
length代表解码得到的数据长度；数据长度0到8个字节。
data代表数据帧的数据信息；测试者关心的数据。
crc为检验码；当校验数据不正确时，提示错误信息。
ack为响应位，yes表示有响应位。
此外还可以通过示波器放大功能，选定数据进行放大。总线解码显示与之对应的解码数据并通过不同颜色标注数据的地址、数据、检验码以及响应位。当显示空间不足时，无法显示的数据均以红点表示。当示波器解码结果与协议不一致时，示波器则会显示相应错误。
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