TWI485407B

TWI485407B - Error Detection Method and System of CAN - BUS Communication Format for Embedded Oscilloscope

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Publication number: TWI485407B
Application number: TW102124249A
Authority: TW
Original assignee: Univ China Sci & Tech
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-05-21
Also published as: TW201502529A

Description

嵌入式示波器之CAN-BUS通訊格式之錯誤偵測方法及系統

本發明係有關一種嵌入式示波器之CAN-BUS通訊格式之錯誤偵測方法及系統，尤指一種可以保證資料傳遞的完整性及安全性之應用於嵌入式示波器的CAN-BUS通訊錯誤偵測技術。

按，示波器係為一種電子測量儀器，主要是用來顯示電壓信號的動態波形。具體而言，是將時變的電壓信號，轉換為時間域或是頻域的曲線。使原本為不可見的電氣信號，可以被轉換為在二維平面上可被觀察的可見光信號，藉由示波器即可分析電氣信號的時域及頻域性質。不僅如此，數位示波器可以快速的對訊號做出分析，測得頻率、振幅、週期等資訊，並可以對訊號做出加減乘除、訊號數位化及存檔或是列印等動作，甚至可以做出傅立葉轉換的複雜運算，對於產學業界之實驗數據處理上確實有著極大的方便性。

依據目前所知，利用示波器來檢測待測物(如電路元件、電路板、電氣設備或是晶片等)的電氣訊號已為非常習知的技術，其應用之代表性專利如本國新型第M421506號『檢測系統』專利所示，其係電性連接一示波器及一電源供應器，用以檢測一待測晶片，其中該待測晶片電性連接於該示波器與該電源供應器，該檢測系統包括：一判斷裝置；以及一電波測試裝置，係與該判斷裝置電性連接，用以發出一第一指令至該示波器，以使該示波器量測該待測晶片所產生之一第一電磁波，以擷取該第一電磁波之一電波值，並回傳該電波值至該檢測系統，以使該判斷裝置根據該電波值判斷該待測晶片是否異常。不僅如此，該專利雖然可以應用在工業生產線上，以對待測晶片做出異常與否的檢測；惟，其示波器僅能提供電波值、電壓及電流等基本的資訊而已，至於操作示波器所需的各種指令功能碼、運作設定資訊、訊號傳輸之故障偵測機制以及各示波器之間的識別機制皆無法提供給後台之監控裝置知悉，不僅在工業生產線上的檢測應用上會有一定程度的限制，而且無法讓多台示波器同時進行線上的檢測作業，因而確實無法提升工業生產線上的訊號檢測效能。

緣是，上述該習用結構確實未臻完善，仍有改善的必要性。再者，直到目前為止，尚無一種將嵌入式示波器建立一套CAN BUS通訊錯誤檢查碼編碼格式制定的產品、論文或是專利被提出，有鑑於此，本發明人乃積極投入研發，經不斷的研究、設計、實作與試驗，終而有本發明的研發成果。

本發明第一目的，在於提供一種嵌入式示波器之CAN-BUS通訊格式之錯誤偵測方法及系統，主要是建立一套CAN BUS通訊的錯誤檢查碼編碼格式，以方便在接收與傳遞資料時確保資料的保密性與完整性，並將CAN BUS通訊介面預先制定為具備各種資料傳遞功能與作用的信箱，而可方便於使用者規劃測試治具時將CAN BUS信箱初始化為偵測待測訊號的狀態，藉以增加系統的彈性、響應以及整體測試系統的解析能力。達成本發明第一目的之技術手段，係於示波器寫入控制程式。於示波器系統初始化時，控制程式將通訊介面之複數暫存器定義劃分為複數信箱，並處於等待接收資料的狀態。以示波器於量測待測物而產生量測訊號，並處理量測訊號而產生可分別載入對應之信箱內的該資料。控制程式將各信箱內的資料做互斥或(XOR)運算而產生錯誤檢查碼高位元資料及錯誤檢查碼低位元資料，並做出解讀及判斷資料傳輸是否錯誤，當判斷結果為正確時，則驅使通訊介面)將各信箱內之各資料轉換為CAN-BUS封包資料，再透過控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去，俾能保證資料傳遞的完整性及安全性。

本發明第二目的，在於提供一種可進行多工線上檢測作業的通訊格式之錯誤偵測方法及系統，主要是藉由與自動測試治具及監控裝置做快速有效的整合控制，使多台示波器可以進行多工的線上檢測作業，藉以提升工業生產線上的訊號檢測效能。達成本發明第二目的之技術手段，其係於示波器寫入控制程式。於示波器系統初始化時，控制程式將通訊介面之複數暫存器定義劃分為複數信箱，並處於等待接收資料的狀態。以示波器於量測待測物而產生量測訊號，並處理量測訊號而產生可分別載入對應之信箱內的該資料。控制程式將各信箱內的資料做互斥或(XOR)運算而產生錯誤檢查碼高位元資料及錯誤檢查碼低位元資料，並做出解讀及判斷資料傳輸是否錯誤，當判斷結果為正確時，則驅使通訊介面)將各信箱內之各資料轉換為CAN-BUS封包資料，再透過控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去，俾能保證資料傳遞的完整性及安全性。其中，其更包含一測試治具、一位置感測模組及一透過該控制區域網路(CAN-BUS)而與該通訊介面(CAN-BUS)訊號連結的監控裝置，該測試治具用以將該待測物輸送至該嵌入式示波器之一量測模組的量測位置，當該待測物進入該量測位置時，該位置感測模組則以一訊號觸發該嵌入式示波器，使該嵌入式示波器執行該待測物的量測動作。當該監控裝置發出資料傳輸要求的指令時，該通訊介面(CAN-BUS)則將該信箱內所需之該封包資料透過該控制區域網路(CAN-BUS)傳輸至該監控裝置。

1‧‧‧待測物

10‧‧‧示波器

11‧‧‧量測模組

12‧‧‧中央處理模組

13‧‧‧顯示模組

14‧‧‧可程式增益放大器

15‧‧‧最大取樣模組

16‧‧‧高速類比/數位轉換器

17‧‧‧記憶體

20‧‧‧通訊介面

21‧‧‧CAN-BUS控制器

22‧‧‧CAN-BUS收發器

30‧‧‧控制區域網路

40‧‧‧監控裝置

50‧‧‧測試治具

60‧‧‧位置感測模組

圖1係本發明基本實施架構的功能方塊示意圖；圖2係本發明於線上檢測實施的功能方塊示意圖；圖3係本發明具體實施架構的功能方塊示意圖；圖4係本發明信箱的分配實施示意圖。

圖5係本發明系統指令執行運作流程示意圖。

圖6係本發明錯誤偵測資料產生之實施示意圖。

壹.第一實施例

請配合參看圖1、4及圖6所示，為達成本發明第一目的之具體實施例，係包括一嵌入式示波器10、一通訊介面20(CAN-BUS)及一控制區域網路30(CAN-BUS)等技術特徵。其中，嵌入式示波器10內建有一控制程式。通訊介面20(CAN-BUS)則包含複數暫存器。嵌入式示波器10系統初始化時，控制程式則將通訊介面20(CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數資料暫存的信箱23，並處於等待接收資料的狀態。當嵌入式示波器10於量測一待測物1而產生一量測訊號時，則處理量測訊號而產生上述資料，上述資料係包括一種與量測訊號相應之量測資料以及至少一種系統運作資料。接著，控制程式將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，並將第一個信箱23內的資料與第二個信箱23內的資料進行互斥或(XOR)運算，再將運算結果資料與下一個信箱23內的資料進行互斥或(XOR)運算，直到上一個運算結果資料與最後一個信箱23內的資料做完互斥或(XOR)運算為止，再將最終結果資料載入至少一個信箱23內，以成為一錯誤檢查碼高位元(MSB)資料以及一錯誤檢查碼低位元(LSB)資料。控制程式解讀錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料後，判斷資料傳輸是否錯誤，當判斷結果為正確時，則驅使通訊介面(CAN-BUS)將各信箱23內之量測資料、系統運作資料、錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料，再透過一控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去。

於一種較為具體的實施例中，該信箱23的數量為16個，其中，第一至第五信箱23為暫存上述之系統運作資料，第一信箱23暫存一系統站號資料(即識別碼)，第二信箱23暫存一指令功能代碼資料即操作示波器的各種指令功能碼)，第三信箱23暫存一系統運行模式選擇資料(即示波器運作的選擇模式)，第四信箱23暫存一時間基底單位資料(即基本單位面積的時間單位)，第五信箱23暫存一觸發基底單位資料(即觸發模式的基本設定單位)。另，第六至第十一信箱23為暫存上述之量測資料，第六信箱23暫存一X軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料，第七信箱23暫存一X軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料，第八信箱23暫存一Y軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料，第九信箱23暫存一Y軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料，第十信箱23暫存一Z軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料，第十一信箱23暫存一Z軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料。又，第十二至第十四信箱23為暫存上述另一種系統運作資料，第十二信箱23暫存一系統狀態碼資料(即示波器10所處的運作狀態)，第十三信箱23暫存一測試治具統狀態碼資料(即測試治具所處的運作狀態)，第十四信箱23暫存一列印模式選擇資料(即示波器的列印模式選擇)，第十五信箱23暫存錯誤檢查碼低位元(LSB)資料，第十六信箱23暫存錯誤檢查碼高位元(MSB)資料。

具體而言，該控制程式係以一個位元為單位進行逐一的互斥或(XOR)運算，於互斥或(XOR)運算時，當二資料位元輸入端同為1或0時，則輸出之結果資料的位元為0；反之，當二資料位元輸入端非同為1或0時，則輸出之結果資料的位元為1。再將該結果資料的位元做為下一個互斥或(XOR)的運算資料位元輸入端，各資料之每一位元必須做完14次互斥或(XOR)運算，假設資料長度為8位元，則必須依序做出8次重覆上述14次的互斥或(XOR)運算。當最終結果資料的位元產生時，則將最終結果資料之前一個位元往第十五信箱23左移一位，再將最終結果資料的位元填入該最終結果資料之前一個位元的位置，當第十五信箱23發生溢位時，則將溢位之位元存入第十六信箱23內，直到各資料之所有的位元做完互斥或(XOR)運算為止，即可於第十五信箱 23與第十六信箱23分別暫存上述的錯誤檢查碼低位元(LSB)資料及錯誤檢查碼高位元(MSB)資料，此時控制程式則將錯誤檢查碼低位元(LSB)資料及錯誤檢查碼高位元(MSB)資料轉換為16進制的錯誤檢查值，再比對預設定義之各錯誤檢查值，即可判斷出本次資料傳輸的該錯誤檢查值是否正確。

再者，如圖1所示之嵌入式示波器10係包括一用以量測一待測物1而產生量測訊號的量測模組11、一用以處理量測訊號的中央處理模組12、一用以將量測訊號顯示為量測資訊的顯示模組13、一用以將量測訊號做訊號放大處理的可程式增益放大器14、一用以對量測訊號以最大值取樣的最大取樣模組15、一用以將量測訊號轉換為數位訊號的高速類比/數位轉換器16及一用以儲存資料的記憶體17(如FIFO暫存器)。

貳.第二實施例

請配合參看圖1~6所示，為達成本發明第二目的之具體實施例，係包括至少一嵌入式示波器10、至少一通訊介面20(CAN-BUS)、一控制區域網路30(CAN-BUS)、一監控裝置40、一測試治具50及一位置感測模組60等技術特徵。其中，嵌入式示波器10內建有一控制程式。通訊介面20(CAN-BUS)則包含複數暫存器。嵌入式示波器10系統初始化時，控制程式則將通訊介面20(CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數資料暫存的信箱23，並處於等待接收資料的狀態。另一方面，測試治具50(如輸送帶、機械手臂或是其他機械式運送機構)則將待測物1輸送至嵌入式示波器10之量測模組11的量測位置(即與探針接觸的位置)，當待測物1進入量測位置時，位置感測模組60則以一訊號觸發嵌入式示波器10，使嵌入式示波器10執行待測物的量測動作，並產生一量測訊號，再透過訊號處理而產生上述資料。上述資料係包括一種與量測訊號相應之量測資料以及至少一種系統運作資料。接著，控制程式將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，並將第一個信箱23內的資料與第二個信箱23內的資料進行互斥或(XOR)運算，再將運算結果資料與下一個信箱23內的資料進行互斥或(XOR)運算，直到上一個運算結果資料與最後一個信箱23內的資料做完互斥或(XOR)運算為止，再將最終結果資料載入至少一個信箱23內，以成為錯誤檢查碼高位元(MSB)資料以及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料，該控制程式解讀錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料後判斷資料傳輸是否錯誤，當判斷結果為正確時，則驅使通訊介面(CAN-BUS)將各信箱23內之量測資料、系統運作資料、錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料，再透過控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去。

於一種較為具體的實施例中，請參看圖5所示，當監控裝置40發出資料傳輸要求的指令時，通訊介面(CAN-BUS)解讀指令，並取出一系統站號資料載入於其中一個信箱23內，再由監控裝置40判斷系統站號資料是否註冊，當判斷結果為是，控制程式則將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，並對各信箱23進行互斥或(XOR)運算，以產生錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料，當錯誤偵測運算結果為正確時，通訊介面(CAN-BUS)則將各信箱23內之量測資料、系統運作資料、錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及該錯誤檢查碼低位元(LSB)資料轉換為封包資料，並傳輸至監控裝置40中。當然，監控裝置40亦可內建上述控制程式，並可對所接收的各資料進行上述的互斥或(XOR)運算，進而產生一錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及該錯誤檢查碼低位元(LSB)資料，再與所接收之該錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及該錯誤檢查碼低位元(LSB)資料進行比對，當比對結果正確，則發出一資料接收正確的回答指令；當比對結果錯誤時，則發出一資料接收錯誤的要求重傳指令。

請參看圖3所示之通訊介面20(CAN-BUS)包括一定義劃分有信箱23的CAN-BUS控制器21及一CAN-BUS22收發器。該CAN-BUS21控制器與嵌入式示波器10電性連接。該CAN-BUS收發器22一端與CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結。當然，監控裝置40同樣電性連接有一通訊介面20(CAN-BUS)，而可收集嵌入式示波器10的量測資料及系統運作資料。具體而言，其一CAN-BUS控制器21與嵌入式示波器10電性連接，用以接收嵌入式示波器10所傳輸的量測資料及系統運作資料，並轉換為CAN-BUS格式之封包資料。其一CAN-BUS收發器22一端與CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結，用以將其一CAN-BUS控制器21所傳輸之封包資料分別載入至控制區域網路30(CAN-BUS)的高位元傳輸線及低位元傳輸線。其二CAN-BUS收發器22一端與其二CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結，用以接收控制區域網路30(CAN-BUS)的高位元傳輸線及低位元傳輸線的封包資料，並傳輸至其二CAN-BUS控制器21，其二CAN-BUS控制器再將封包資料還原為上述的量測資料及系統運作資料，如此監控裝置40即可達到收集各嵌入式示波器10的量測資料及系統運作資料之目的，以供後續利用及做線上的檢測監控用途。由於控制區域網路30(CAN-BUS)具有雙向及雙線資料傳輸的特性，故而當監控裝置40發出資料格式傳輸要求的指令(如向遠端要求資料的遠程格式Remote Transmit Request Frame)時，則進行與上述資料傳輸步驟相反的資料傳輸步驟。

參.結論

藉由上述之具體實施例說明，本發明具有下列的特點：

1.本發明可藉由建立一套CAN BUS通訊的錯誤檢查碼編碼格式，以方便系統在接收與傳遞資料時確保資料的保密性與完整性，並將CAN BUS通訊介面預先制定為具備各種資料傳遞功能與作用的信箱，而可方便於使用者規劃測試治具時將CAN BUS信箱初始化為偵測待測訊號的狀態，藉以增加系統的彈性、響應以及整體測試系統的解析能力。

2.本發明確實可以進行多工線上檢測作業，主要是藉由與自動測試治具及監控裝置做快速有效的整合控制，使多台示波器可以進行多工的線上檢測作業，藉以提升工業生產線上的訊號檢測效能。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。線上的訊號檢測效能。