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如何使用示波器调试SENT汽车总线

2018-08-26 11:14:02·  来源:汽车测试网  作者:徐婷  
 
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随着许多汽车传感器应用的日益普及,被设计用来传输来自温度、流量、压力和位置传感器等设备的读数的SENT (单边半字节传输)总线越来越受欢迎。SENT是单向的,以相对低速和高幅度运行,并编码脉冲序列中的精确测量。这些特性使其稳健且易于集成,但是通信仍然会受到噪声、计时问题和实现中的细微差异的影响。


随着许多汽车传感器应用的日益普及,被设计用来传输来自温度、流量、压力和位置传感器等设备的读数的SENT (单边半字节传输)总线越来越受欢迎。SENT是单向的,以相对低速和高幅度运行,并编码脉冲序列中的精确测量。这些特性使其稳健且易于集成,但是通信仍然会受到噪声、计时问题和实现中的细微差异的影响。

与基本的协议分析仪不同的是,配备了协议解码的示波器既可以看到解码后的总线流量,也可以看到信号质量。这种能看到总线信号和解码的通信量的能力使得示波器对于可视化整个系统的操作和在系统级别的故障排除中非常有用。汽车依赖广泛的传感器、执行器和显示器网络,许多问题涉及到与I/O事件或值相关的总线定时。在同一时刻查看I/O信号和总线事务的能力对于跟踪问题的根源和系统级调试至关重要。

SENT也被称为SAE J2716,用于动力传感器和电子控制单元(ECU)之间的通信。与模拟PWM技术相比,SENT提供更高的精度,并且在30kb /s时,具有比LIN更高的数据速率。典型的SENT传输如图1所示。SENT接口的物理层由信号线、a + 5v电源电压线和地线组成。信号线逻辑电平低于 0.5 V,高于4.1 V。



图1:典型的SENT总线传输。

SENT在两个下降沿之间以4位半字节传输数据,如图2所示,因此称为“单边半字节”。 SENT总线的时序以节拍为单位测量,每个节拍通常为3μs宽。每个半字节以至少5个滴答的逻辑低周期开始,然后是表示编码数据值的可变长度逻辑高周期。一个0000的二进制数据值由12个滴答的逻辑高持续时间表示,一个0001二进制数据值由13个滴答的逻辑高持续时间表示,以此类推,一个1111二进制数据值由一个逻辑高持续时间为27个滴答表示。



图2:SENT以4位半字节传输数据

SENT总线具有以两种不同速率同时传输数据的独特能力。主要数据通常以通常称为“快速通道”的方式传输,辅助数据可以选择同时在“慢速通道”传输。SENT“快速通道”消息以同步脉冲开始,其中连续下降沿之间的时间是56滴答。SENT消息长度为32位,包括:
• 4位状态/通信信息(12-27个滴答)
• 6个4位半字节的数据(代表一个或两个测量通道,每个半字节12-27个抵达)
• 用于错误检测的4位CRC(12-27个滴答)

可选地,可以发送20位的消息(其中12位数据代表一个测量通道),然后是暂停脉冲,从而产生相同的总体消息速率。例如,当使用两个12位的快速通道时,传输如图3所示。



图3:使用两个12位快速通道时的SENT传输。

在“慢速通道”中,数据通过4位状态/串行通信的2位和3位在16或18个连续的快速通道消息中一次传输1-2位。这些位是用来构建慢通道消息的。例如,“具有12位数据和8位ID格式的增强串行消息”由初始位模式“11111100”识别,并传输8位ID值、6位CRC值和12位数据值:



图4: SENT总线“慢速通道”数据传输。

测试设置

SENT总线是单端接地参考信号。虽然大多数示波器都可以使用标准的单端探测来采集和显示总线,但通常可以通过使用差分探测来提高信号保真度和抗噪性。

相同的脉冲宽度编码使得SENT非常稳健,也使其很难在示波器上进行解读,在范围内运行的解码软件大大简化了解读。对于具有发送解码和触发功能的示波器,首先输入必要的参数,使示波器能够解码数据包。这些通常包括:

• 输入频道
• 电压阈值
• 信号极性
• 快速通道数和通道格式
• 慢通道数和通道格式
• 暂停脉冲

一旦配置好带发送解码的示波器,就可以显示总线。对于许多硬件工程师来说,时间相关的波形和总线解码显示是一种熟悉且有用的格式。如图5所示,解码后的总线波形表示SENT消息的各种元素。在这种情况下,快通道包和慢通道包都显示在一个波形显示中,慢通道包显示在快通道包下面。



图5:Tektronix 5系列MSO混合信号示波器上解码后的SENT总线波形显示,可包含快、慢通道包。

对于固件工程师来说,更全面的结果表格式可能很有用。如图6所示,总线活动的这种带时间戳的显示可以与软件清单进行比较,并且可以方便地计算执行速度。

当SENT总线同时包含快通道数据和慢通道数据时,结果表视图将提供这两个数据通道的并排读数。由于慢通道数据是通过18个连续的快通道数据包传输的,所以从慢通道数据消息的开始到完成,有18个快通道消息。在本例中,该表还链接到波形显示,以便进行进一步分析。



图6:结果表视图显示了两个发送总线数据通道的并排读数。在该仪器上,该表与波形显示器相连。

SENT总线触发器和搜索

在调试基于一个或多个串行总线的系统时,示波器的关键功能之一是用总线触发器隔离和捕获特定的事件。当总线触发器设置正确时,示波器将捕获所有输入信号,并将指定的总线事件定位在触发点。图7中的示例演示了触发状态值为0000二进制、快速通道1数据值0x27F和快速通道2数据值0xC72。



图7:总线触发器允许您隔离和捕获特定的事件。

另一个有用的技术是使用示波器的搜索功能来查找所有符合搜索条件的总线事件,并确定它们发生的数量。设置类似于总线触发器设置,允许示波器发现和标记所有指定的总线事件。

在图8中的示例中,自动搜索正在查找指定的快速通道数据值。这种数据模式在采集的波形中出现了12次,指定的串行数据包的位置用粉红色的方括号图标显示。除了快速通道搜索外,在SENT总线分析中常见的其他搜索还包括分组的开始;慢通道搜索以确定何时出现指定的消息ID或指定的慢通道数据值;特定持续时间的脉冲暂停;或出现不正确的帧长度或不正确的CRC值实例。



图8:搜索函数可以让您快速确定特定总线事件在采集的波形中发生了多少次。

虽然SENT总线在许多汽车应用程序中越来越流行,但SENT总线通信可能受到噪声,电路板布局,复位问题以及实现方面的细微差别的影响。正如我们所看到的,示波器提供了强大的功能,可以快速有效地跟踪问题的根源并验证设计。与基本的协议分析器不同的是,配备了协议解码的示波器可以用来查看被解码的SENT总线流量,以及完整的系统视图的信号质量。