如何驗證CAN控制器的錯誤響應機制？
2025-04-29
CAN控制器的錯誤管理機制是保障CAN總線通信可靠性的關鍵機制，它能檢測并處理多種錯誤情況，即位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤以及ACK錯誤，并及時地響應錯誤幀，另外通過錯誤計數器的數值（發送錯誤計數器TEC，接收錯誤計數器REC），它可以判斷自身通信狀態，如主動錯誤、被動錯誤和總線關閉，從而采取不同應對策略。
在CAN網絡里，CAN節點既可以作為發送節點，也可以作為接收節點，當總線上出現錯誤時，可能是作為發送節點報出的錯誤，也可能是作為接收節點報出的錯誤，所以驗證CAN控制器錯誤處理機制，需要從發送和接收兩個方向進行測試。本文通過使用ZPS-CANFD設備提供的發送干擾和接收干擾功能，進行總線的錯誤注入，結合報文接收、報文解碼窗口觀察總線情況，分析錯誤幀的產生和錯誤計數器動作是否符合標準。
接收錯誤響應能力驗證
在CAN控制器的運行機制中，當面對不同的接收錯誤時，錯誤響應位置與REC增量存在一定的差異，部分錯誤發生后，下一位便緊跟錯誤標志位；而另一些錯誤出現后，要在隨后幾位才開始呈現錯誤標志位。在REC增量方面，不同錯誤導致的結果也各不相同，有的錯誤讓REC以1為單位進行遞增，有的使其以8為單位進行遞增，還有的情況下REC保持不變。接下來我們將通過兩個實例，介紹不同錯誤情形下，CAN控制器的接收錯誤檢測結果以及REC增量是否符合標準。
實例一：CRC錯誤
1、驗證目的
①觀察出現CRC錯誤之后，錯誤幀生成位置是否符合標準；
②觀察出現錯誤幀之后，REC遞增是否符合標準。
2、預期結果
①根據ISO16845-1:2016（E）標準中7.2.5小節要求，當DUT接收到CRC錯誤（CANFD幀的）之后，它將生成一個有效的錯誤幀，從CRC定界符后的第四位開始；
②根據ISO16845-1:2016（E）標準中7.6.10小節要求，當DUT生成一幀錯誤幀后，它的REC應增加1。
3、硬件準備
ZPS-CANFD作為測量設備，簡稱ZPS。
USBCANFD-200U作為被測設備，簡稱DUT。
4、軟件準備
打開ZPS和DUT的軟件，進行CAN通道參數的匹配（如波特率、終端電阻），并開啟CAN通道，進行數據交互，ZPS參數設置如圖2所示。
注：
1、總線允許，代表CAN1通道啟動；
2、ZPS的工作模式選擇"只聽應答模式"，ZPS不會回應錯誤幀，可以便于在對錯誤幀的波形分析時，只看到DUT發送的錯誤幀。
5、錯誤注入
打開ZPS軟件的報文發送窗口，添加任意報文（例如ID 100的CANFD幀），然后點開高級按鈕，勾選"發送干擾"，將干擾位置選擇"自定義"，干擾類型選擇"單位干擾"，干擾光標移到CRC的某個位，如圖3所示。
注：CANFD幀的CRC場有固定填充位，所以發送CRC錯誤時，干擾光標不能選擇固定填充位，且需離它遠一些，否者會發送CRC固定填充位錯誤，這樣就不符合該測試項的預期了。
6、驗證結果
①在ZPS軟件界面，觀察錯誤幀的波形，當DUT接收到CRC錯誤后，它的錯誤幀從CRC定界符后的第四位開始發出，符合標準。如圖4、圖5所示，對比正確幀和錯誤幀的CRC定界符位置可以看出。
注：主動錯誤幀格式：6個顯性位+8個隱性位。
②查看DUT軟件界面的錯誤信息，觀察到當出現一幀錯誤幀時，REC+1，兩幀錯誤幀時，REC+2，以此類推，符合標準。
實例二：EOF錯誤
1、驗證目的
①觀察出現EOF錯誤之后，錯誤幀生成位置是否符合標準；
②觀察出現錯誤幀之后，REC遞增是否符合標準。
2、預期結果
①根據ISO16845-1:2016（E）標準中7.2.10小節要求，當DUT接收到EOF錯誤時，它將生成一個有效的錯誤幀，從損壞位的下一位位置開始。
②根據ISO16845-1:2016（E）標準中7.6.14小節和ISO 11898-1:2015(E)標準中12.1.4.2小節描述，若REC起始值為0，接收節點ACK發送成功，REC保持為0，若REC起始值大于0，接收節點ACK發送成功，REC減1。
③根據ISO16845-1:2016（E）標準中7.6.8小節要求，當DUT生成一幀錯誤幀后，它的REC應增加1。
3、硬件準備
同上。
4、軟件準備
同上。
5、錯誤注入
打開ZPS軟件的報文發送窗口，添加任意報文，然后點開高級按鈕，勾選"發送干擾"，將干擾位置選擇"自定義"，干擾類型選擇"單位干擾"，干擾光標移到EOF位，如圖7所示。
6、驗證結果
①在ZPS軟件界面，觀察錯誤幀的波形，當DUT接收到EOF錯誤后，錯誤幀在該位之后的第一位開始發出，符合標準，如圖8所示。
②查看DUT軟件界面的錯誤信息，觀察到當出現一幀錯誤幀時，REC保持初始值，符合標準。例如REC初始值為1，因為EOF錯誤出現在ACK之后，ACK發送成功，REC-1，EOF錯誤，REC+1，所以，REC值不變。
發送錯誤響應能力驗證
在CAN控制器的運行機制中，當面對不同的發送錯誤時，它的錯誤響應一般在錯誤出現后，下一位便緊跟錯誤標志位。在TEC增量方面，錯誤幀的產生會讓TEC以8為單位進行遞增。接下來我們將通過一個實例，介紹在錯誤情形下，CAN控制器的發送錯誤檢測結果以及TEC增量是否符合標準。
實例一：CRC定界符錯誤
1、驗證目的
①觀察出現CRC定界符錯誤之后，錯誤幀生成位置是否符合標準。
②觀察出現錯誤幀之后，TEC遞增是否符合標準。
2、預期結果
①根據ISO16845-1:2016（E）標準中8.2.5小節要求，當DUT發送報文的CRC定界符位被破壞之后，它將生成一個有效的錯誤幀，從損壞位的下一位位置開始。
②根據ISO16845-1:2016（E）標準中8.6.7小節要求，當DUT生成一幀錯誤幀后，它的TEC應增加8。
3、硬件準備
同上。
4、軟件準備
打開ZPS和DUT的軟件，進行CAN通道參數的匹配（如波特率、終端電阻），如圖2所示，并開啟CAN通道，ZPS接收DUT發送的報文。
DUT發送數據如圖10所示。
5、錯誤注入
打開ZPS軟件的被動接收干擾窗口，按照DUT發送的報文，設置幀數據、干擾位置，即設置模版，然后將干擾光標放到"CRC定界符"位，再將干擾類型選擇為"隱性干擾為顯性"并啟動干擾，如圖11所示。
6、驗證結果
①在ZPS軟件界面，觀察錯誤幀的波形，當DUT的CRC定界符位被干擾后，它的錯誤幀在該位之后的第一位開始發出，符合標準，如圖12所示。
②查看DUT軟件界面的錯誤信息，觀察到當發送一幀錯誤幀時，它的TEC+8，以此類推，符合標準。
