DE102009039200B4

DE102009039200B4 - Verfahren zur Ermittlung des eingestellten Abtastzeitpunktes eines CAN-Gerätes

Info

Publication number: DE102009039200B4
Application number: DE200910039200
Authority: DE
Inventors: Steffen 07747 Rauh
Original assignee: Goepel Electronic GmbH
Current assignee: Goepel Electronic GmbH
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: DE102009039200A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung des eingestellten Abtastzeitpunktes eines CAN-Gerätes, wobei das CAN-Gerät mit einem CAN-Bus verbunden ist, mit den Verfahrensschritten: – Schritt a Erzeugung eines Testsignals, wobei das Testsignal auf physikalischer Ebene gegenüber einem mit den CAN-Spezifikationen konformen, idealen Ursprungssignal einer CAN-Botschaft modifiziert ist, – Schritt b, Senden des Testsignals auf den CAN-Bus und – Schritt c, Ermitteln, ob das CAN-Gerät in Reaktion auf das Testsignal ein Fehlertelegramm auf den CAN-Bus schickt, gekennzeichnet dadurch, dass im Schritt a das Testsignal, welches die modifizierte CAN-Botschaft enthält, um eine weitere CAN-Botschaft mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 erweitert wird, wobei die weitere CAN-Botschaft mit minimalen zeitlichen Abstand der modifizierten CAN-Botschaft vorgeordnet und mit einen anderen Dateninhalt versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung des eingestellten Abtastzeitpunktes eines CAN-Gerätes.
Jeder Fehler, den ein CAN-Teilnehmer in den gesendeten und empfangenen Botschaften erkennt, wird allen anderen Teilnehmern sofort in Form eines Fehlertelegramms mitgeteilt. Die Messung des Abtastzeitpunktes beruht auf dem Errorhandling im Data-Link-Layer. Dabei erzeugt ein Sender modifizierte CAN-Botschaften. Ziel dieser Modifikation ist es, aus der Reaktion des CAN-Teilnehmers Rückschlüsse auf dessen Einstellungen zu ziehen. Dabei werden ein oder mehrere Bits der Botschaft so verändert, dass für den Empfänger die gesamte Botschaft fehlerhaft wird und er darauf mit einem Fehlertelegramm antwortet.
Im Verfahren nach DE 10 2004 002 771 A1 geschieht dies durch die schrittweise Manipulation eines Bits (Flankenverschiebung bzw. teilweise Invertierung) in einer CAN-Botschaft.
Da nur ein Bit im Datenbereich manipuliert wird und die im CRC-Bereich gesendete Checksumme unverändert bleibt, entsteht im CAN-Teilnehmer genau dann eine Fehlabtastung, wenn das Bit vor dem Abtastzeitpunkt invertiert wird. Der CAN-Teilnehmer sendet daraufhin ein Fehlertelegramm (CRC-Fehler).
Alle bekannten Verfahren zur Messung des Abtastzeitpunktes arbeiten indirekt, d. h. der Messwert wird durch die Aufzeichnung und Auswertung der Reaktionen des CAN-Teilnehmers ermittelt. Neben dem DUT besteht der Messaufbau aus einem Generator und einem CAN-Monitor.
Für die Signalerzeugung kommt ein Funktionsgenerator mit Pegelanpassung zum Einsatz, da ein Standard-CAN-Interface die nötige Bitmanipulation nicht zulässt. Für eine Genauigkeit von 1% in der Ermittlung des Abtastzeitpunktes ist ein 100 MHz Generator nötig, da die maximale Baudrate des CAN-Busses 1 MBaud beträgt. Die Beobachtung wird durch einen CAN-Teilnehmer (CAN-Controller und CAN-Transceiver) realisiert. Um die Messung nicht zu beeinflussen, muss der Abtastzeitpunkt des Monitors unterhalb des Abtastzeitpunktes des DUT liegen (z. B. 60%).
Da die beschriebene Anordnung nicht über eine Möglichkeit zur Erkennung der Busfreiheit verfügt, kann es passieren, dass das Senden des Testsignals eine Kollision auf dem Bus verursacht. Dies geschieht immer dann, wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden (DUT, Generator, Monitor). Beide CAN-konforme Teilnehmer (DUT und Monitor) werden eine solche Kollision mit einem Fehlertelegramm beantworten.
Dieses Fehlertelegramm kann der Monitor nicht von dem erwarteten Fehlertelegramm infolge einer Fehlabtastung durch die Bitmanipulation des gesendeten modifizierten CAN-Signals unterscheiden.
Das Verfahren liefert in diesem Fall falsche Ergebnisse.
Eine solche Kollision ist umso wahrscheinlicher, je mehr Botschaften das DUT selbst sendet. Werden diese Sendebotschaften des DUT durch Kollisionen gestört, kann das DUT sogar in den Bus-Off-Zustand übergehen.
Eine Messung des Abtastzeitpunktes unter realen Bedingungen ist somit nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, durch die es mit möglichst geringem Aufwand gelingt, den Abtastzeitpunkt auch bei auftretenden Kollisionen unter realen Bedingungen sicher zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bewertung des eingestellten Abtastzeitpunktes eines CAN-Gerätes, wobei alle CAN-Teilnehmer über eine Arbitrierung verfügen und ein Senden der höchst prioren Botschaft (Identifier) 0 × 0 nicht unterbrechen, dadurch gelöst, dass ein Testsignal mittels eines Funktionsgenerators erzeugt wird, welches aus zwei CAN-Botschaften mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 besteht und mit minimalen zeitlichen Abstand (Interframe Space) gesendet wird, wobei immer nur die zweite Botschaft entsprechend des aktuellen Testschrittes manipuliert wird und die Beobachtung durch einen CAN-Teilnehmer realisiert wird, wobei der Abtastzeitpunkt des Monitors unterhalb des Abtastzeitpunktes des DUT liegt.
Durch die Kollisionserkennung kann der Monitor zusätzliche, nicht manipulierte, CAN-Botschaften senden, um dem DUT nötige Informationen wie Netzmanagement oder Applikationsdaten zur Verfügung zu stellen, um somit insbesondere ein ungewolltes Abschalten des DUT zu verhindern. Eine Messung des Abtastzeitpunktes unter realen Bedingungen ist somit immer möglich. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass zur Unterscheidung der zwei CAN-Botschaften die erste ohne Dateninhalt und die zweite mit acht gleichen Datenbytes gesendet wird.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zwei CAN-Botschaften mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 mit einem minimalen zeitlichen Abstand (Interframe Space) gesendet werden. Dadurch können Fehlertelegramme infolge einer Fehlabtastung von denen einer Buskollision sicher unterschieden werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Das Testsignal bestehend aus zwei CAN-Botschaften und wird mit einem beliebigen Funktionsgenerator erzeugt, welcher in der Lage ist, ein CAN-Signal in der entsprechenden Auflösung darzustellen. Eine Baudrate von 500 kBaud bei 1% Messgenauigkeit benötigt beispielsweise eine Samplefrequenz von 50 MHz.
Die Applikation berechnet aus den CAN-Parametern, wie Baudrate, CAN-Daten, Stördaten usw. die nötigen Stützwerte, überträgt diese an den Funktionsgenerator und löst bei Bedarf das Senden der Testsignale aus.
Beide Botschaften des Testsignals werden immer mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 gesendet, um Bitfehler zu vermeiden, die durch die fehlende Arbitrierungsfähigkeit des Generators entstehen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Zugriffssteuerung des DUT korrekt arbeitet.
Die Beobachtung wird durch einen CAN-Teilnehmer (CAN-Controller und CAN-Transceiver) realisiert. Um die Messung nicht zu beeinflussen, muss der Abtastzeitpunkt des Monitors unterhalb des Abtastzeitpunktes des DUT liegen (z. B. 60%).
Durch die Kollisionserkennung kann der Monitor zusätzliche, nicht manipulierte, CAN-Botschaften senden, um dem DUT nötige Informationen wie Netzmanagement oder Applikationsdaten zur Verfügung zu stellen, um so beispielsweise ein ungewolltes Abschalten des DUT zu verhindern. Eine Messung des Abtastzeitpunktes unter realen Bedingungen ist somit möglich.
Um die Fehlertelegramme infolge einer Fehlabtastung von denen einer Buskollision unterscheiden zu können, besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, dass das gesendete Testsignal aus zwei CAN-Botschaften mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 besteht, welche mit minimalen zeitlichen Abstand (Interframe Space) gesendet werden.
Dabei wird immer nur die zweite Botschaft entsprechend des aktuellen Testschrittes manipuliert.
Zur Unterscheidung beider Botschaften wird die erste ohne Dateninhalt und die zweite beispielsweise mit acht Datenbytes gesendet, was entsprechend einem Ausschnitt aus dem CAN-Trace (ungestörtes Testsignal) wie folgt aussehen kann:

15,32154 0 RX

0,00114 0 RX 55 55 55 55 55 55 55 55
Im nachfolgenden werden alle drei Fälle diskutiert, die auftreten können.

Im ersten Fall führt der aktuelle Testschritt weder zu einer Fehlabtastung noch zu einer Kollision, so dass man folgende Daten erhält:

15,32154	0	RX
0,00114	0	RX	55 55 55 55 55 55 55 55
0,06914	401	RX	01 02 00 00 00 00
0,02483	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00
0,02499	401	RX	01 01 00 00 00 02
0,01130	0	RX
0,00114	0	RX	55 55 55 55 55 55 55 55
0,11721	0	RX
0,00114	0	RX	55 55 55 55 55 55 55 55
0,00928	401	RX	01 02 00 00 00 00
0,03499	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00
0,08628	0	RX
0,00114	0	RX	55 55 55 55 55 55 55 55
0,11263	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00

Deutlich sind hierbei die vier fehlerfrei empfangenen Testsignale zu erkennen. Der Abstand zwischen erster und zweiter CAN-Botschaft ist immer gleich (hier 0,00114 s bei 100 kBaud).
Ist zum Sendebeginn des Testsignals der Bus frei, wird das gesamte Signal (also immer beide Botschaften) über den Generator gesendet und fehlerfrei über den Monitor empfangen, da alle anderen CAN-Teilnehmer über eine Arbitrierung verfügen und ein Senden der höchst prioren Botschaft (Identifier) 0 × 0 nicht unterbrechen.
Der in diesem Fall getestete Abtastzeitpunkt ist größer, als der des DUT, da keine Fehlertelegramme (Errorframes) empfangen wurden.

Im zweiten Fall führt der aktuelle Testschritt zu einer Fehlabtastung, aber nicht zu einer Kollision, so dass man beispielsweise folgende Daten erhält:

10,17889	0	RX
0,00114	0	RX	55 55 55 55 55 55 55 55
0,01348	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00
0,00502	401	RX	01 02 80 00 00 00
0,05011	401	RX	01 01 00 00 00 02
0,09021	0	RX
0,00115	Error Frame
0,04875	401	RX	01 02 00 00 00 00
0,00482	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00
0,04499	401	RX	01 01 00 00 00 02
0,03155	0	RX
0,00114	Error Frame
0,10737	401	RX	01 02 00 00 00 00
0,01091	0	RX

Beim Senden der Testsignale zwei und drei erkennt das DUT die erste Botschaft als korrekt, auf die zweite wird infolge der Fehlabtastung aber mit einem Fehlertelegramm reagiert.
Ein Errorframe, dem unmittelbar die höchst priore Botschaft (Identifier) 0 × 0 ohne Daten vorausgeht, kennzeichnet eindeutig eine Fehlabtastung.

0, 09021 0 RX

0,00115 ErrorFrame
Der in diesem Fall getestete Abtastzeitpunkt ist kleiner, als der des DUT, da Fehlertelegramme (Errorframes) empfangen wurden.

Im dritten Fall führt der aktuelle Testschritt zu einer Kollision und man erhält folgende Daten:

17,17889	591	RX	00 04 8F 18 40 34 F0 00
0,00502	401	RX	01 02 80 00 00 02
0,05011	401	RX	01 01 00 00 00 02
0,09021	ErrorFrame
0,00115	ErrorFrame
0,04875	ErrorFrame
0,00114	ErrorFrame
0,04499	401	RX	01 01 00 00 00 02

Bereits auf die erste Botschaft des Testsignals reagieren sowohl der DUT als auch der Monitor mit einem Fehlertelegramm, da der Generator jetzt gleichzeitig mit einem anderen CAN-Teilnehmer sendet (Kollision).
Fehlertelegramme, welche nicht unmittelbar die höchst priore Botschaft (Identifier) 0 × 0 ohne Daten vorausgeht, kennzeichnen also keine Fehlabtastung, sondern werden als Kollision identifiziert.
Wird eine solche Kollision erkannt, erfolgt eine Fehlerbehandlung und die Messung wird anschließend mit den gleichen Parametern wiederholt.
Je nachdem, ob bei der Kollision eine Sende- oder eine Empfangsbotschaft des DUT gestört wurde, inkrementiert das DUT seinen entsprechenden internen Fehlerzähler. Deshalb wird bei einer erkannten Kollision sofort das Senden der Testsignale unterbrochen. Dadurch kann das DUT ungestört Senden und dekrementiert den internen Sendefehlerzähler. Gleichzeitig werden über den Monitor ungestörte Botschaften gesendet, um auch ein fehlerfreies Empfangen und dadurch ein dekrementieren des internen Empfangsfehlerzähler zu erreichen. Dadurch wird ein Erreichen des Bus-Off-Zustandes im DUT oder im Monitor sicher verhindert.

Claims

Verfahren zur Ermittlung des eingestellten Abtastzeitpunktes eines CAN-Gerätes, wobei das CAN-Gerät mit einem CAN-Bus verbunden ist, mit den Verfahrensschritten: – Schritt a Erzeugung eines Testsignals, wobei das Testsignal auf physikalischer Ebene gegenüber einem mit den CAN-Spezifikationen konformen, idealen Ursprungssignal einer CAN-Botschaft modifiziert ist, – Schritt b, Senden des Testsignals auf den CAN-Bus und – Schritt c, Ermitteln, ob das CAN-Gerät in Reaktion auf das Testsignal ein Fehlertelegramm auf den CAN-Bus schickt, gekennzeichnet dadurch, dass im Schritt a das Testsignal, welches die modifizierte CAN-Botschaft enthält, um eine weitere CAN-Botschaft mit dem höchst prioren Identifier 0 × 0 erweitert wird, wobei die weitere CAN-Botschaft mit minimalen zeitlichen Abstand der modifizierten CAN-Botschaft vorgeordnet und mit einen anderen Dateninhalt versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a, b und c für zwei oder mehr unterschiedlich gegenüber dem Ursprungssignal modifizierte CAN-Botschaften einer Messreihe wiederholt durchgeführt werden, wobei jeweils die weitere CAN-Botschaft unmittelbar vor der modifizierten CAN-Botschaft auf den CAN-Bus gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messreihe in Reaktion auf das Auftreten oder Ausbleiben eines Fehlertelegramms automatisch fortgesetzt oder beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte CAN-Botschaft weiter modifiziert wird, wenn im vorhergehenden Schritt c ein Fehlertelegramm festgestellt wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte CAN-Botschaft des Testsignals durch Verschieben einer Flanke gegenüber dem Ursprungssignal modifiziert wird.