CAN与CAN FD总线常见故障诊断及解决

2023-09-27  

CAN总线凭借着可靠、实时、经济和灵活的优势,在汽车、工业等领域得到广泛应用,并逐渐普及到电池储能、医疗器械、智能大楼等应用场景中。随着CAN总线在越来越多领域得到应用,CAN总线测试的需求也逐渐增多。本文主要总结了平时测试过程中经常遇到的一些典型问题,并给出解决方案,帮助您更加顺利地完成测试。


01

断线

如果线缆破损,CAN通讯则无法继续。


/ 解决方法/

1、可以明显看出来线缆损坏的话,直接换线即可

2、外表看不出来的,可以使用断路测试仪检查每一个引脚,确定线缆损坏,换线。


02

线缆类型错误:非CAN线

有可能现场用的线缆看起来是用于CAN方面的,但实际不是CAN线缆,不符合标准定义。大部分常见产品采用DSub9接头,符合 CiA 303-1关于引脚定义的规范。当然也可以采用其他比如RJ45等接头。如下表是DB9端CAN的引脚定义。

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/ 解决方法/

检查线缆的引脚分配,如果不符合标准就更换线缆;如果符合标准,再检查其它方面。


03

接线不当

当一个CAN网络中有多个节点,连接的时候有多个插头需要连接的时候,就很可能出现连接错误。导致无法进行CAN通讯或者出现零星错误。



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上图的CAN节点2的错误状态可能会变成被动错误。


/ 解决方法/

1、 检查所有插线是否正确

2、 检查所有接头是否引脚匹配


04

网络上只有1个正常通讯的节点

一个正常工作的CAN网络至少有两个或者更多CAN节点。如果只有一个CAN节点正常工作,它的错误状态就会进入被动错误,因为它发送报文后没法接收到对方的确认回复。



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/ 解决方法/

可以用分析仪监测节点的错误状态:

• Bus Light:超过96个错误时,进入”error active”

• Bus Heavy:超过127个错误,进入"error passive"

• Bus Off:超过255个错误,进入”bus off


注意: 如果只有一个正常工作的CAN节点而且它发送了一条CAN报文,那么这个报文就会很快速地一直被重发,直到它收到另外一个节点的确认回复或进入被动错误状态。

这些信息可以通过PCAN-Diag FD或者PCAN-View等获取,可以参考下图:

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05

CAN线太长

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传统CAN总线波特率与长度相关(见上表关系)。1Mbit/s的波特率,在一个完美的布线系统里面不能超过40m(理论值)。最大的线缆长度也与所用收发器有关。对于CAN FD来讲,波特率也取决于线缆长度,尽管CAN FD的波特率更高,如果总线长度超过40米,CAN报文就会失效,因为ACK位到来的太晚。

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/ 解决方法/

根据实际情况缩短线缆的长度


06

总线负载率过高

总线负载过高会引起传输故障。这个通常是指发送的报文过多,特别是在波特率和cycle time较高的情况下容易发生。或者是一条CAN报文发生错误,然后CAN控制器一直尝试重发该报文,这会导致总线负载增加。

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诊断方法:采用虹科PCAN-View或者手持式诊断仪显示总线负载率


/ 解决方法/

1、 减少报文

2、 延长报文发送周期,

3、 提高总线波特率

4、 如果使用CAN2.0,后续可以考虑使用CAN FD


07

终端电阻错误

高速CAN总线 (ISO 11898-2) 必须在CAN线两端各接入120 Ω 终端电阻(CAN_L与CAN_H之间)。这样做有利于减少线缆的信号反射并确保CAN收发器能正常工作。



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/ 解决方法/

1、使用虹科PCAN-Diag FD,测量CAN_L与CAN_H之间的终端电阻。

2、有经验的用户以利用PCAN-Diag FD的示波器上波形形状评估终端电阻的情况(看侧翼振铃等)


下面我们会看下不同的终端电阻情况下的波形特征:


①终端电阻情况1:过载Over termination

过载原因:终端电阻接入太多

正常两个120欧姆终端电阻并联应该是60欧姆左右,如下图测出来是13欧姆,导致CAN波形畸变。


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②终端电阻情况2:终端电阻接入太少或者丢失

正常两个120欧姆终端电阻并联应该是60欧姆左右,如下图测出来是丢失,导致CAN波形畸变。


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08

波特率错误

同一个网络的各节点波特率应保持一致。如果不一致,则节点会进入bus off的错误状态,并会影响其他节点通讯;这时如果电脑端用的是PEAK的PCAN-View软件,如下图可以看到ID 300的报文Cycle Time不正常,下面的总线状态也会显示Bus-off。

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/ 解决方法/

采用虹科PCAN-Diag FD检测CAN/CAN FD网络的波特率。


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09

相同ID引起的通讯冲突

在一个CAN网络中,应当保证每个节点的报文ID都不一样;如果发现两条报文ID一样的情况,这样就没法仲裁哪条报文的优先级更高,每次冲突都会使得错误计数器加1。


/ 解决方法/

可以通过PCAN-Diag FD的trace记录功能以及错误帧记录功能查找,或者用PCAN-View/PCAN-Explorer软件在线监控,查找哪些CAN报文发生了冲突。


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10

传统CAN网络中出现CAN FD报文

CAN 2.0 A/B网络会将CAN FD报文报告为错误,因为CAN报文帧的结构发生了变化。CAN FD控制器则可以同时解析并传输CAN FD和传统CAN报文。在虹科PCAN-View在线监控或者虹科手持式PCAN-Diag FD设备可以看到这种Error Passive的显示界面。



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11

相同的波特率但是时钟频率不同

这个主要是针对CAN FD网路,在CAN FD网络里,波特率越高就会越接近物理极限。所以在同一条网络,不建议用户使用不同的时钟频率。


CiA是建议使用40或者80MHz的时钟频率。

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