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如何快速实现CAN总线故障定位?

摘要：CAN总线是当前应用最广泛的现场总线之一，但其复杂的故障排查经常困扰到应用工程师 。本文结合工作经验为大家推荐几种快速定位CAN总线故障节点的方法 。
一、总线故障
CAN总线故障的原因多种多样，如节点发送周期异常、节点掉线甚至整条总线被拖垮 。一个故障节点或者隐患节点往往会危害到整个产品的安全，如新能源车的控制总线中，故障节点导致仪表盘数据更新滞后、显示错误导致司机判断错误引发道路安全事故 。
图1 总线故障案例
二、故障定位方法
方法一：将CAN节点一个一个往总线上接，每接一个节点后观察、测试总线通信状况 。该方法相信是绝大多数现场应用工程师都有尝试，往往可以零成本揪出问题节点 。以上方法虽然非常简单，但弊端也很多 。其一，当总线节点过多或者总线布线复杂时往往使工程师抓狂;其二，假如故障原因是各节点容抗、阻抗控制不好导致的，往往多个节点的累积效应才导致问题出现，因此最后一个挂上去且总线出问题的节点不可避免要“背锅” 。
图2 节点依次接入总线
方法二：根据特征电平判断错误原因 。从波形上对通信错误的诊断往往是最直接、高效的，但这依赖丰富的现场经验，笔者此处列举几个CAN波形案例供参考 。
图3错误帧是在帧结束位置出现电平台阶 。此错误由主动错误标志+错误标志叠加而成，二次抬高的是?6?个连续显性电平，因某节点错误后全局通知，各节点错误标志叠加造成的 。通常，当节点受较强的电磁场干扰后易发生此类错误，如变频器、逆变器、电机等功率器件 。此时，我们亦可配合FFT分析工具分析干扰频点，以此定位到干扰源并屏蔽它，如图4 。
图3 帧结束波形台阶
图4 FFT分析干扰频点
图5错误帧波形边沿出现抖动，此错误一般是长分支导致 。在一字型总线网络拓扑布线完整且两端各匹配120欧终端电阻情况下，为了再将远端新节点接入网络使用一根较长通信线直接接入CAN网络，此节点将带来长分支问题 。一般地，长分支仍需要做阻抗匹配，更好的方式是从两端延长通信线接上该节点，仍“手挽手”保持一字型网络拓扑 。
图5 长分支导致边沿抖动
图6波特率异常(位宽度从2us突然变成1.6us)，导致位错误引起错误帧 。位宽的不稳定是波特率不稳定导致的，最有可能的原因是晶振问题，建议更换晶振测试 。
图6 波特率偏差引起错误帧
方法三：使用CAN转换器或接口类产品辅助排查 。简单的故障排查一般我们采用USBCAN卡解决，通过抓取总线上的报文分析故障节点 。极端情况下，一个故障节点往往能直接拖垮一个总线，总线上将无任何数据，此时怎么通过抓取报文解决问题呢?通过一个多路的CAN集线器能解决以上问题 。CAN集线器的每个CAN接口都是一个独立的CAN节点，一路CAN的严重故障不会导致所有节点不能进行数据收发，此时不能正常发出数据的节点可判定为故障节点 。
图7 CANHUB提供8路独立CAN网络
三、总结
以上内容为工程师呈现几种常用的CAN总线故障定位方法，从便捷、成本、高效方面考虑，笔者优先推荐方法三 。此外，CAN集线器也兼顾中继器、信号放大器的作用，把多个节点拆分到不同独立的CAN总线上能消除负载集中，有效减小总线故障的发生 。若您有更好的CAN总线故障排查方法可在文章下方留言，与广大工程师交流分享 。
【如何快速实现CAN总线故障定位?】 图8 CANHub-AS8应用实例

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