L’analisi del bus Can con un oscilloscopio economico

OSCILLOSCOPI –

Hameg stabilisce un nuovo standard, mettendo alla portata degli oscilloscopi di classe economica le tecnologie che prima erano disponibili solo in strumenti di alto livello: l’analisi del bus Can.

Il successo del bus Can (Controller Area Network) ebbe inizio nell'industria automobilistica degli anni 80. Questo bus fu sviluppato espressamente per gli autoveicoli allo scopo di realizzare una semplice e affidabile rete di comunicazione fra la quantità sempre maggiore di dispositivi elettronici presenti come dotazione nelle auto di lusso. Il principale obiettivo che si proponeva l'introduzione di questo bus seriale asincrono era la riduzione della complessità dei cablaggi, assieme a un alto livello di immunità al rumore. Ma allo stesso tempo, il Can bus lo possiamo anche ritrovare nelle piccole autovetture che, al giorno d'oggi, contengono anch'esse una considerevole dotazione di dispositivi elettronici. La sua semplice struttura, l'immunità al rumore e la competitività economica oggi raggiunta grazie alla ampia diffusione, ha spalancato a questo bus l'accesso a quote di mercato in decisa crescita. Contemporaneamente, il Can bus è diventato molto popolare anche nei sistemi aeronautici, nella strumentazione medicale e nell'automazione in genere, tanto che l'analisi di sistemi Can sta suscitando un interesse sempre maggiore presso ingegneri e tecnici. D'altro canto, i controller embedded sono ormai provvisti di una sofisticata dotazione hardware in tempo reale in grado di alleviare il compito del progettista, spostandone l'attenzione verso periferiche quali sensori e attuatori. Hameg si uniforma quindi a questo trend presentando una nuova opzione per l'oscilloscopio HMO che rende possibile l'analisi su Can bus che, di regola, per essere veramente completa deve prenderne in considerazione sia il livello fisico, sia il livello di protocollo.

Il livello fisico: la qualità del segnale
Nel livello fisico, viene eseguita la verifica delle caratteristiche elettriche dei segnali, come ampiezza e tempi di salita. Per raggiungere un'alta immunità nei confronti delle interferenze, la struttura del Can bus è di tipo differenziale e pertanto per analizzarne i segnali occorre utilizzare una sonda differenziale. Considerando il massimo data rate di 1 Mbit/s qualcuno può pensare che una semplice sonda da 20 MHz possa essere adatta allo scopo. Purtroppo, come è frequente riscontrare nei moderni circuiti elettronici, tempi di salita inferiori a 20ns sono molto diffusi in sistemi basati su Can bus: di conseguenza, per una corretta analisi del livello fisico, sono necessarie larghezze di banda superiori a 100 MHz. La nuova sonda differenziale attiva da 200 MHz HZO40 di Hameg soddisfa ampiamente i requisiti dei sistemi a Can bus: con la sua capacità d'ingresso di 3,5 pF abbinata a una resistenza di 1 MΩ l'effetto di carico sul segnale da misurare è il più basso possibile affinché l'azione di monitoraggio non vi provochi alterazioni evidenti. Con le ampie possibilità di misura della nuova serie HMO è quindi possibile eseguire un test approfondito del livello fisico del Can bus. La prestazione QuickView, accessibile premendo un pulsante, dà contemporaneamente il via alla misura e alla visualizzazione di 11 parametri del segnale rendendone possibile un veloce esame della integrità, con l'ausilio anche di un test Passa/Non passa basato su maschere, fornito come prestazione standard.

Il livello di protocollo:
trigger e decodifica di messaggi Can

Una prerogativa essenziale durante lo sviluppo e il debug di Can bus è il controllo dei messaggi ricevuti: preferibilmente si usa un oscilloscopio per determinare immediatamente se la causa di un problema risiede nell'hardware o nel software. L'oscilloscopio mostra all'operatore i dati decodificati come pure il segnale fisico e solo con questa proprietà è possibile distinguere i malfunzionamenti di origine hardware da quelli di origine software. Un puro analizzatore di protocollo che prenda in considerazione soltanto il flusso di dati visualizzandone il contenuto su un computer non può servire allo scopo. La nuova opzione HOO12 dà per la prima volta a progettisti e tecnici la facoltà di triggerarsi su segnali di Can bus e decodificarli per meno di 500 euro. Come per le opzioni già disponibili per bus I2C, Spi, e Uart/RS-232 ciò può essere fatto in tempo reale grazie all'accelerazione hardware. La rappresentazione del bus è effettuata a colori per facilitarne la leggibilità: il messaggio identificatore ID è visualizzato in magenta, il campo dei dati in blu, l'acknowledge in verde, la risposta di errore not acknowledge in rosso. Questa codifica a colori permette un veloce riconoscimento anche in presenza di una grande quantità di messaggi memorizzati nella vasta memoria di cattura (fino a 4 Mpts) della serie HMO.
La decodifica è realizzata tipicamente nel formato esadecimale, ma è anche possibile in Ascii, decimale e binario, mentre la visualizzazione del bus può essere ampliata in verticale per visualizzare sullo schermo i valori decodificati di molti frame. Frequenti sono le applicazioni in cui coesistono diversi nodi Can, che richiedono l'analisi separata di due segnali: un esempio potrebbe essere quello di un segnale che deve essere messo in loop attraverso un nodo Can, e che si debba osservarne il ritardo. Ebbene, l'opzione Can di Hameg offre la decodifica simultanea di due Can bus. L'opzione HOO12 comprende varie possibilità di trigger, allo scopo di isolare specifici messaggi come quelli che provengono da un determinato sensore. È possibile specificare un ID o un valore sotto o sopra uno specifico ID o la combinazione di un ID con un certo valore di dati. Questo dà la possibilità di estrarre dal flusso di dati i messaggi che interessano, per sottoporli a una più approfondita analisi. In conclusione, è possibile realizzare una vera e senza limitazioni analisi di protocollo anche con l'oscilloscopio di classe economica da 70 MHz HMO722. Ovviamente, nel test del livello fisico occorre tener presente il tempo di salita di 5 ns. L'opzione HOO12 comprende queste prestazioni di trigger e decodifica non solo per il Can bus ma anche per il più semplice bus Lin. Anche questa opzione è ugualmente adatta per l'uso in industrie di automazione, medicali, avioniche e automobilistiche.

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