驅(qū)動(dòng)汽車電子創(chuàng)新：RIGOL CAN-FD總線分析解決方案

——高性能示波器助力汽車電子系統(tǒng)開發(fā)與驗(yàn)證

在當(dāng)今快速發(fā)展的汽車行業(yè)中，智能化、網(wǎng)聯(lián)化和自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起正在重塑汽車的電子架構(gòu)。隨著車輛功能的日益復(fù)雜，從高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）到車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信，再到整車級(jí)的軟件更新（OTA），汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。傳統(tǒng) CAN 總線技術(shù)由德國(guó)博世公司于1986年推出，在面對(duì)當(dāng)今復(fù)雜多變的汽車電子架構(gòu)時(shí)，已逐漸顯露出其性能瓶頸。為了突破這一限制，滿足汽車行業(yè)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸和高可靠性通信的需求，2015年由ISO 11898-1標(biāo)準(zhǔn)定義，CAN-FD（CAN with Flexible Data-Rate）總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為汽車電子通信帶來(lái)了更高的帶寬、更大的數(shù)據(jù)幀容量和更強(qiáng)的容錯(cuò)能力。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，截至2024年，全球汽車電子系統(tǒng)中傳統(tǒng) CAN 總線的市場(chǎng)占比已從2018年的90%以上下降至約60%，而 CAN-FD 總線的市場(chǎng)占比則從2018年的不足5%迅速增長(zhǎng)至2024年的約25%，根據(jù)行業(yè)調(diào)研，2025年新上市車型中CAN-FD滲透率將超過(guò)60%。隨著新一代智能化汽車迅猛發(fā)展，CAN-FD逐漸成為新一代車載網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，尤其在L3級(jí)以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，其高帶寬和低延遲優(yōu)勢(shì)愈發(fā)顯著。這一趨勢(shì)表明，汽車行業(yè)對(duì)更高帶寬和更高效通信協(xié)議的需求正在快速增長(zhǎng)。

RIGOL 作為電子測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的佼佼者，憑借其先進(jìn)的示波器技術(shù)和專業(yè)的總線分析解決方案，為CAN-FD總線的開發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證提供了強(qiáng)有力的支持。

一、CAN-FD總線技術(shù)：突破傳統(tǒng)CAN總線的限制

在傳統(tǒng)的CAN總線架構(gòu)下，一幀報(bào)文最多只能傳輸64位（8個(gè)字節(jié)）的數(shù)據(jù)，而在實(shí)際應(yīng)用中，總線負(fù)載率已接近70%，已難以滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的需求。CAN-FD總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)三大突破：

• 雙速率模式：仲裁段保持1Mbps，數(shù)據(jù)段提速至8Mbps；

• 數(shù)據(jù)擴(kuò)容：?jiǎn)螏畲笾С?4字節(jié)；

• 增強(qiáng)校驗(yàn)：17/21位CRC算法+固定填充位。

CAN和CAN-FD總線的數(shù)據(jù)幀差異

CAN-FD總線具有多種優(yōu)異性能：

• 高速數(shù)據(jù)傳輸：CAN-FD總線支持靈活的數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)據(jù)段可達(dá)8 Mbit/s，相比傳統(tǒng)CAN 總線的1 Mbit/s，數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提升。

• 差分信號(hào)傳輸：采用差分信號(hào)傳輸方式，具有出色的抗噪性能，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中保持信號(hào)的穩(wěn)定性和完整性。

• 非破壞性位仲裁機(jī)制：通過(guò)信息內(nèi)的標(biāo)識(shí)符ID決定信息發(fā)送的優(yōu)先順序，確保已發(fā)送數(shù)據(jù)的完整性和及時(shí)性。

• 無(wú)地址概念：繼承自CAN總線的CAN-FD總線上的節(jié)點(diǎn)沒有“地址”的概念，這使得在總線上增加節(jié)點(diǎn)時(shí)，不會(huì)對(duì)已有節(jié)點(diǎn)的軟硬件及應(yīng)用層造成影響。

• 容錯(cuò)處理功能：所有節(jié)點(diǎn)都可以檢測(cè)出錯(cuò)誤，并在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)立即通知總線上的其他節(jié)點(diǎn)。正在發(fā)送消息的節(jié)點(diǎn)如果檢測(cè)到錯(cuò)誤，會(huì)立即停止當(dāng)前的發(fā)送，并重復(fù)發(fā)送此消息，直到消息成功發(fā)送為止。

•  遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求：通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了總線的交互能力。

二、CAN-FD總線分析對(duì)示波器的需求

CAN-FD總線技術(shù)的復(fù)雜性和高性能要求對(duì)測(cè)試設(shè)備提出了更高的挑戰(zhàn)。示波器在CAN-FD總線的開發(fā)、調(diào)試和驗(yàn)證過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色。為了確保CAN-FD總線的可靠性和性能，示波器需要具備以下關(guān)鍵特性：

• 高采樣率：能夠清晰捕捉和顯示串行模擬信號(hào)，觀測(cè)其物理特性。

• 大存儲(chǔ)深度：記錄較長(zhǎng)時(shí)間的總線控制過(guò)程，滿足長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)的需求。

• 強(qiáng)大的觸發(fā)功能及高波形捕獲率：能夠捕獲錯(cuò)誤并對(duì)應(yīng)捕獲波形，發(fā)掘問(wèn)題根因。

三、RIGOL CAN-FD總線分析解決方案

RIGOL提供完善的CAN-FD的總線分析解決方案，通過(guò)高性能數(shù)字示波搭載協(xié)議分析功能，在實(shí)際設(shè)計(jì)場(chǎng)景中，能夠幫助工程師準(zhǔn)確捕獲實(shí)際的CAN-FD總線波形，不僅可以清晰觀察到CAN-FD總線的物理信號(hào)，還可以通過(guò)協(xié)議解碼功能輕松地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、調(diào)試硬件、加快開發(fā)進(jìn)度，為高速度、高質(zhì)量完成工程提供保障。

RIGOL MHO/DHO5000 系列數(shù)字示波器：高性能測(cè)試平臺(tái)

RIGOL MHO/DHO5000 系列數(shù)字示波器是RIGOL為滿足復(fù)雜電子系統(tǒng)測(cè)試需求而推出的高性能示波器。該系列示波器搭載RIGOL自研的半人馬座技術(shù)平臺(tái)，具備以下突出優(yōu)勢(shì)：

•  高分辨率與高帶寬：提供12bit高分辨率，4GSa/s實(shí)時(shí)采樣率以及最高 1 GHz 模擬帶寬，能夠更真實(shí)地捕捉并還原信號(hào)。

• 大存儲(chǔ)深度：最大500 Mpts存儲(chǔ)深度，即使在高采樣率下也能采集更長(zhǎng)時(shí)間的波形。

• 快速錄制模式：實(shí)現(xiàn)最高1,000,000 wfms/s 波形捕獲率，更容易捕獲偶發(fā)的信號(hào)瑕疵。

• 強(qiáng)大的串行總線分析功能：支持多種主流串行總線，包括 RS232/UART、I2C、SPI、LIN、CAN、CAN-FD、FlexRay、I2S、MIL-STD-1553等。

協(xié)議解碼與分析：精準(zhǔn)定位問(wèn)題

RIGOL MHO/DHO5000 系列示波器的串行總線分析功能為CAN-FD總線的開發(fā)和測(cè)試提供了強(qiáng)大的支持，能夠滿足CAN-FD總線物理信號(hào)的測(cè)試需求，并且能夠提供簡(jiǎn)便的解碼設(shè)置操作界面，支持：

• 靈活的屏幕多窗口分屏顯示：同步顯示解碼結(jié)果與列表結(jié)果，方便觀測(cè)總線數(shù)據(jù)信息。

• 多路總線分析功能：滿足同時(shí)分析多路CAN節(jié)點(diǎn)的需要。

讓工程師可以輕松地對(duì)CAN-FD總線信號(hào)進(jìn)行解碼和分析。實(shí)時(shí)觀測(cè)總線上的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、傳輸速率、信號(hào)質(zhì)量等關(guān)鍵信息，幫助工程師快速定位和解決問(wèn)題。

四、總結(jié)

隨著汽車電子系統(tǒng)的不斷發(fā)展，CAN-FD總線技術(shù)憑借其高速數(shù)據(jù)傳輸能力和強(qiáng)大的容錯(cuò)處理功能，已成為現(xiàn)代汽車電子通信的關(guān)鍵技術(shù)。RIGOL MHO/DHO5000系列數(shù)字示波器以其卓越的性能和強(qiáng)大的總線分析功能，為CAN-FD總線的開發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證提供了全面的解決方案。通過(guò)RIGOL的先進(jìn)測(cè)試工具，工程師能夠更加高效地進(jìn)行協(xié)議解碼、信號(hào)分析和問(wèn)題診斷，從而推動(dòng)汽車電子技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。