CANScope

CANScope（匯流排分析儀）是一款綜合性的CAN匯流排開發與測試的專業工具。

CANScope簡介

集海量存儲示波器、網路分析儀、誤碼率分析儀、協定分析儀及可靠性測試工具於一身，並把各種儀器有機的整合和關聯；重新定義CAN匯流排的開發測試方法，可對CAN網路通信正確性、可靠性、合理性進行多角度全方位的評估；幫助用戶快速定位故障節點，解決CAN匯流排套用的各種問題，是CAN匯流排開發測試的終極工具。

隨著CAN匯流排技術的成熟，CANScope可以廣泛套用於汽車電子控制系統、工業現場、電梯控制系統、電力通訊、安防監控系統、船舶運輸、軌道交通、醫療設備、紡織機械、樓宇控制等監控系統的開發和測試。

CAN的定義

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器區域網路，是國際上套用最廣泛的現場匯流排之一。最初，CAN 被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網路。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主幹系統中，均嵌入CAN 控制裝置。

一個由CAN 匯流排構成的單一網路中，理論上可以掛接無數個節點。實際套用中，節點數目受網路硬體的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250 作為CAN 收發器時，同一網路中允許掛接110 個節點。CAN 可提供高達1Mbit/s 的數據傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬體的錯誤檢定特性也增強了CAN 的抗電磁干擾能力。

CAN發展歷程

CAN 最初出現在80 年代末的汽車工業中由德國Bosch 公司最先提出。當時，由於消費者對於汽車功能的要求越來越多，而這些功能的實現大多是基於電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來越複雜，同時意味著需要更多的連線信號線。提出CAN 匯流排的最初動機就是為了解決現代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。於是，他們設計了一個單一的網路匯流排，所有的外圍器件可以被掛接在該匯流排上。1993 年，CAN 已成為國際標準ISO11898(高速套用)和ISO11519 （低速套用）。

CAN 是一種多主方式的串列通訊匯流排，基本設計規範要求有高的位速率高，抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km 時，CAN 仍可提供高達50Kbit/s 的數據傳輸速率。

由於CAN 匯流排具有很高的實時性能，因此CAN 已經在汽車工業航空工業工業控制安全防護等領域中得到了廣泛套用。

CAN的特性

CAN 具有十分優越的特點，使人們樂於選擇。這些特性包括：

1. 低成本

2. 極高的匯流排利用率

3. 很遠的數據傳輸距離(長達10Km)

4. 高速的數據傳輸速率高達1Mbit/s

5. 可根據報文的ID 決定接收或禁止該報文

6. 可靠的錯誤處理和檢錯機制

7. 傳送的信息遭到破壞後可自動重發

8. 節點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出匯流排的功能

9. 報文不包含源地址或目標地址僅用標誌符來指示功能信息優先權信息

CAN如何工作

CAN 通訊協定主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN 層的定義與開放系統互連模型OSI 一致，每一層與另一設備上相同的那一層通訊。實際的通訊發生在每一設備上相鄰的兩層，而設備只通過模型物理層的物理介質互連。CAN 的規範定義了模型的最下面兩層：數據鏈路層和物理層。下表中展示了OSI 開放式互連模型的各層。套用層協定可以由CAN 用戶定義成適合特別工業領域的任何方案。已在工業控制和製造業領域得到廣泛套用的標準是DeviceNet ，這是為PLC 和智慧型感測器設計的。在汽車工業，許多製造商都套用他們自己的標準。

表1 OSI 開放系統互連模型

7	套用層	最高層用戶軟體網路終端等之間用來進行信息交換如DeviceNet
6	表示層	將兩個套用不同數據格式的系統信息轉化為能共同理解的格式
5	會話層	依靠低層的通信功能來進行數據的有效傳遞
4	傳輸層	兩通訊節點之間數據傳輸控制操作如數據重發數據錯誤修復
3	網路層	規定了網路連線的建立維持和拆除的協定如路由和定址
2	數據鏈路層	規定了在介質上傳輸的數據位的排列和組織如數據校驗和幀結構
1	物理層	規定通訊介質的物理特性如電氣特性和信號交換的解釋

CAN 能夠使用多種物理介質，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態時均是2.5V 左右，此時狀態表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H 比CAN_L 高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時，通常電壓值為CAN_H = 3.5V 和CAN_L= 1.5V。

CAN 高層協定

由於CAN匯流排本身只定義ISO/OSI模型中的第一層（物理層）和第二層（數據鏈路層），通常情況下CAN匯流排網路都是獨立的網路，所以沒有網路層。CAN 的高層協定（也可理解為套用層協定）是一種在現有的底層協定（物理層和數據鏈路層）之上實現的協定。高層協定是在CAN 規範的基礎上發展起來的套用層。

在實際使用中，用戶還需要自己定義套用層的協定，因此在CAN匯流排的發展過程中出現了各種版本的CAN套用層協定，現階段最流行的CAN套用層協定主要有CANopen、DeviceNet和J1939等協定。許多系統（像汽車工業）中，可以特別制定一個合適的套用層，但對於許多的行業來說，這種方法是不經濟的。一些組織已經研究並開放了套用層標準，以使系統的綜合套用變得十分容易。

一些可使用的CAN 高層協定有:

制定組織	主要高層協定
CiA	CAL 協定
CiA	CANOpen 協定
ODVA	DeviceNet 協定
Honeywell	SDS 協定
Kvaser	CANKingdom 協定

CANScope與CAN網路OSI模式

CANScope與CAN匯流排網路OSI模式的關係，如下：

物理層	1.電纜特徵阻抗測試 2.網路節點負載分析 3.終端電阻測試 4.CAN電平測試; 5.CAN信號頻譜測試 6.網路CAN信號測試 7.眼圖模板測試 8.眼圖違規標記; 9.脈寬測試 10.誤碼率評估 11.眼圖眼高、眼寬測量 12.信號質量評估
數據鏈路層	1.位定時 2.採樣點測試 3.出錯檢測 4.注入干擾 5.波特率測試; 6.幀錯誤測試 7.數據正確性檢測 8.報文錯誤幀波形查看 9.測試報告生成
傳輸層	1.報文重播 2.數據遠程共享 3.數據幀接收時間; 4.幀統計功能 5.實時匯流排利用率統計 6.報文利用率時間圖表
協定層	1.J1939協定分析 2.CANOpen協定分析 3.DeviceNet協定分析; 4.iCAN協定分析 5.儀表顯示 6.自定義協定分析

CANScope功能模組

CANScope提供豐富的測試分析功能，主要功能模組簡介如下：

CANScope功能模組	功能簡介
CAN報文	報文收發和解析
CAN眼圖	按位疊加顯示匯流排信號
CAN示波器	實時顯示CAN匯流排狀態
CAN波形	二進制碼流轉化形成CAN幀
網路共享	遠程分析、多人協調分析
CANScopeEx	多種套用層協定數據解析
自定義分析	用戶可指定協定規則，實現儀表顯示、趨勢圖顯示等功能

CANScope套用場合

汽車電子

CAN用做汽車中的數據和控制通信的網路，具有不可比擬的優越性。隨著汽車電子技術的不斷發展，汽車中使用的電子控制系統和通訊系統越來越多，這些系統之間巨大的數據交換量給通訊分析帶來困難，CANScope匯流排分析儀能夠檢測出通訊產生的任何問題，並全面地分析統計數據，以確保汽車電子系統的安全可靠。

新能源汽車

在國家重大科技項目的支持下，我國的電動汽車產業得到了迅速發展，在研發新能源汽車過程中，會遇到動力電池分布散亂、CAN網路結構布線不合理、匯流排過長導致終端電阻不匹配、匯流排存在干擾等問題，利用CANScope的CAN網路拓撲與匹配調試、CAN匯流排最佳化與抗干擾測試輕鬆解決以上問題。

電動汽車充電站監控系統

電動汽車充電站環境具有強電干擾大，節點多的特殊性，容易對供電設備造成嚴重干擾，從而導致設備無法正常運行。利用CANScope匯流排分析儀的軟體眼圖功能，全面檢測網路通訊質量，當設備出現故障，可以快速確定故障節點並有針對性地改善監控點與充電設備的通訊，實現網路的調試、維護和管理。

軌道交通

CAN匯流排是軌道交通行業中流行且套用成熟的通信方式。隨著列車向高速化、自動化、舒適化發展，越來越多的信息（如控制、狀態、故障診斷、旅客服務等信息）需要在車輛內部、列車和地面控制系統之間傳輸。因此，列車通信網路中數據傳輸的可靠性、實時性、準確性非常重要。CANScope 特有的出錯檢測功能，可以實時檢測數據的正確性；獨特的數據流量監測和實時匯流排利用率統計功能，可以對數據進行實時跟蹤，並對匯流排數據負載率進行實時統計。通過匯流排利用率分析功能和流量分析功能，可以快速定位故障節點。

工程機械

CAN以其高性能、高可靠性及其在汽車行業的成功套用，必然已成為工程機械控制系統的首選網路。工程機械工作環境惡劣，感測器採集數據、多個控制器與顯示單元之間交換數據容易受到干擾。通過CANScope的模擬匯流排測試、數字干擾測試功能，完整地評估一個系統在信號干擾或失效的情況下是否仍能夠穩定可靠地工作。

結語

現階段我國在工業領域與歐洲和美國等其它的已開發國家存在較大的差距。CAN匯流排作為新型現場匯流排已經漫延到生活生產的各個領域，能夠提高生產效率以及降低生產成本，成為工業現場匯流排的發展趨勢。CANScope做為一款綜合性的CAN匯流排開發與測試專業工具，已經成為CAN匯流排網路開發工程師的好幫手。