對(duì)航海電子設(shè)備聯(lián)接來(lái)說(shuō)，NMEA2000串行網(wǎng)絡(luò)是標(biāo)準(zhǔn)通訊工具。今天的大多數(shù)航海電子設(shè)備都支持NMEA2000，因其能方便地連接海上船舶的電子設(shè)備元件。NMEA2000協(xié)議使用CAN(控制器局域網(wǎng))在設(shè)備之間傳輸數(shù)字信息。很多NMEA2000安裝和故障管理工具都和物理布線有關(guān)（長(zhǎng)度，分線頭，接頭，電源要求等）。本文詳述NMEA2000安裝中CAN部分的分析和故障管理工具。

CAN最初是由博世在80年代中期為汽車(chē)工業(yè)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，之后被發(fā)展應(yīng)用到很多其他工業(yè)領(lǐng)域，包括航海（NMEA2000）…CAN協(xié)議可被劃分為三個(gè)層次：1.應(yīng)用層 2.數(shù)據(jù)鏈路層 3.物理層

簡(jiǎn)單地說(shuō)，應(yīng)用層（有時(shí)被稱(chēng)為高層協(xié)議）是裝在電控單元ECU微控器里的軟件，它能處理感應(yīng)器輸入的信息，進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果發(fā)給傳動(dòng)裝置。在本文中，應(yīng)用層是為NMEA2000設(shè)定的。有時(shí)，輸入/輸出信息需要在設(shè)備，感應(yīng)器和傳動(dòng)裝置之間直接傳達(dá)，如羅盤(pán)，深度儀，速度儀等。此類(lèi)信息傳輸可以有效地通過(guò)CAN總線完成。當(dāng)一個(gè)控制器要發(fā)信息給另一個(gè)控制器（或感應(yīng)器/傳動(dòng)設(shè)備），它可以將信息通過(guò)CAN控制器和收發(fā)器（數(shù)據(jù)鏈路層和物理層）發(fā)送到主干線上。CAN控制器收集這些數(shù)據(jù)，由應(yīng)用層限定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)格式給它們附上功能地址。CAN收發(fā)器將電子信號(hào)格式化，并將數(shù)據(jù)傳遍主干線上的雙絞線CAN總線。物理信號(hào)的設(shè)計(jì)考慮到使通訊傳輸在嘈雜的電子設(shè)施環(huán)境里也可以進(jìn)行。

圖1：NMEA2000網(wǎng)絡(luò)實(shí)例

本文介紹的工具是針對(duì)CAN和NMEA2000的這些特別部分。我們講解如何用Warwick的X-Analyser 3分析和數(shù)據(jù)記錄器工具與NMEA2000連接，來(lái)解決NMEA2000和CAN的問(wèn)題。同時(shí)，我們介紹PicoScope計(jì)算機(jī)示波圖分析，分析在NMEA2000主干線上的CAN物理信號(hào)的完整性。

這里介紹的軟件工具（X-Analyser 3 Professional and PicoScope 6）是受下列硬件支持：

Kvaser LEAF LIGHT CAN INTERFACE –作數(shù)據(jù)記錄和分析

PicoScope 2206B 雙頻道適配器，頻寬50 MHz

下面本文講解用工具觀測(cè)CAN數(shù)據(jù)，并幫助分析所有必要的維護(hù)和故障排除。

維護(hù)和故障排除工具

要觀測(cè)CAN信息物理信號(hào)的完整性，比較經(jīng)濟(jì)的方式是用PicoScope。如果用筆記本電腦，你能以低成本觀測(cè)清楚的示波圖。因?yàn)镃AN是比較低頻的通訊協(xié)議，一個(gè)較低規(guī)格的PicoScope型號(hào)就可以看CAN信息。當(dāng)然，看高位數(shù)據(jù)線CAN_H和低位數(shù)據(jù)線CAN_L需要雙頻Scope。

圖2顯示了CAN信息的一個(gè)示波圖例子。你在這里可以看到2種電子軌跡–高位信號(hào)線CAN_H和低位信號(hào)線CAN_L。高位信號(hào)線CAN_H為藍(lán)色，低位信號(hào)線CAN_L為紅色。注意當(dāng)CAN_H和CAN_L都在2.5伏時(shí)，電壓呈隱性（邏輯1），總線閑置；當(dāng)CAN_H和CAN_L分別過(guò)渡到3.5伏和1.5伏時(shí)，電壓呈顯性（邏輯0）。

圖2. CAN信息的示波圖

這個(gè)差分電壓信號(hào)使通訊能在嘈雜環(huán)境里得以進(jìn)行。注意某些噪音參雜在信號(hào)中。因?yàn)樾盘?hào)間的明顯區(qū)別，噪音就被排除忽略了。一個(gè)比特的長(zhǎng)度，你會(huì)看到它是4微秒，也就是250Kbps。

PicoScope在這里起了關(guān)鍵作用，它可以通過(guò)觀察CAN信息的物理信號(hào)水平，來(lái)診查線纜問(wèn)題。例如在圖1中，在主干線的每端都有一個(gè)干線終端電阻。它們只是兩個(gè)接在CAN_H和CAN_L之間的120?電阻。在數(shù)字通信時(shí)，它們能避免RF訊號(hào)從終端反射回來(lái)，引起干擾。如果一個(gè)終端電阻缺失，這造成的結(jié)果顯示為圖3中的波型。注意過(guò)渡中跳得過(guò)高的波線。這能引起CAN信息出錯(cuò)，干擾正常通信。

圖3.因缺少終端電阻造成的CAN幀紊亂。

當(dāng)有過(guò)多的終端電阻接到主干線上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題。這將降低總線的總體終端電阻，從而引起CAN總線功能降低。這種狀況顯示在示波圖為CAN_H和CAN_L之間的電壓差變小。

圖4.顯示如果CAN_H和CAN_L接近時(shí)會(huì)怎么樣。你能看到顯示器有波線，但沒(méi)有通訊傳輸。

圖4.CAN_H被降低而靠近CAN_L.

為在數(shù)據(jù)鏈路層上觀測(cè)CAN信息，我們用X-Analyser來(lái)分析和測(cè)試CAN/J1939/NMEA2000。圖5是在主顯示上的原始CAN幀觀測(cè)。這里可以看到CAN幀的16進(jìn)制ID，及有時(shí)間標(biāo)識(shí)的CAN原始數(shù)據(jù)。注意總線統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)區(qū)顯示總線負(fù)載，幀數(shù)量和錯(cuò)誤幀（如果有任何錯(cuò)誤幀）。此顯示屏靜態(tài)更新每個(gè)幀ID，同時(shí)有一個(gè)按時(shí)間順序的顯示選項(xiàng)，用來(lái)觀察每個(gè)報(bào)文到達(dá)CAN總線時(shí)的狀況。

圖5. 用X-Analyser觀測(cè)CAN信息

對(duì)應(yīng)用層，X-Analyser 3 Professional能加載一個(gè)NMEA2000 CAN數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)顯示NMEA2000 參數(shù)群指數(shù)（PGN）和它們相對(duì)的現(xiàn)場(chǎng)Field。此PGN說(shuō)明一個(gè)報(bào)文的內(nèi)容和目的，如速度（PGN 1F503），液位（PGN 1F211）。在圖5中，顯示屏展示了與PGN有關(guān)的報(bào)文名稱(chēng)，在信號(hào)區(qū)Signal area，有為此觀測(cè)選定的一組現(xiàn)場(chǎng)Field（信號(hào)Signals）。這些是由X-Analyser 提供的NMEA2000標(biāo)準(zhǔn)CAN數(shù)據(jù)庫(kù)。

X-Analyser 3還有一個(gè)內(nèi)置SAEJ1939數(shù)據(jù)庫(kù)。這很實(shí)用，因?yàn)楹芏嘣S多船只都具備這兩種協(xié)議，而且用一個(gè)雙頻CAN Kvaser適配器，就可以同時(shí)觀測(cè)這兩個(gè)總線。說(shuō)明它實(shí)用的一個(gè)典型例子是，當(dāng)船上有一個(gè)NMEA2000到J1939的接口。有幾個(gè)公司提供這類(lèi)連接用J1939協(xié)議引擎控制器的接口，當(dāng)我們需要將信息傳輸?shù)絅MEA2000上。下面是解釋怎樣用X-Analyser 3來(lái)同時(shí)觀測(cè)J1939和NMEA2000 的CAN數(shù)據(jù)。

NMEA2000 CAN 標(biāo)識(shí)符的結(jié)構(gòu)和SAEJ1939相似，請(qǐng)見(jiàn)圖6. 你能看到29幀CAN標(biāo)識(shí)符以節(jié)點(diǎn)編號(hào)一個(gè)8位元組被分成幾部分（從右到左）。下面兩個(gè)8位元組構(gòu)成了PGN.

圖6. NMEA2000 CAN 標(biāo)識(shí)符現(xiàn)場(chǎng)

另一個(gè)X-Analyser的顯示選項(xiàng)是觀測(cè)CAN標(biāo)識(shí)符被分為PGN，源地址，數(shù)據(jù)頁(yè)，優(yōu)先項(xiàng)幾部分，如圖6. 圖7是此顯示的一個(gè)例子。

圖7. X-Analyser對(duì)NMEA2000應(yīng)用層的觀測(cè)

被選擇的信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)Fields）可以在這個(gè)顯示框里看到。這些信號(hào)是從X-Analyser內(nèi)裝的NMEA2000 CAN數(shù)據(jù)庫(kù)選出來(lái)的。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括所有標(biāo)準(zhǔn)NMEA2000報(bào)文（PGNs），它們都攜帶依據(jù)NMEA2000具體要求被分派的數(shù)據(jù)。

X-Analyser還有一個(gè)選項(xiàng)是，當(dāng)X-Analyser的PicoScope選項(xiàng)是所有三個(gè)層時(shí)，它有合3為1功能。這是一個(gè)未來(lái)版的X-Analyser。如圖8，我們能看到數(shù)據(jù)鏈路顯示和物理層顯示都在屏幕下方。液位信息PGN F211（前面的1是指DP1）有突出顯示，源地址是70。CAN_H以藍(lán)色顯示，CAN_L為紅色。綠色波線顯示CAN_H和CAN_L之間的電壓差分。注意CAN幀的每個(gè)場(chǎng)都被顯著標(biāo)出。

圖8. 3合1 Analyser概念

這種顯示對(duì)觀測(cè)CAN信息的物理完整性很實(shí)用。它使我們能容易地選擇一個(gè)NMEA2000報(bào)文，然后觀測(cè)它的各層（應(yīng)用，數(shù)據(jù)鏈路，物理層）。在故障分析中，它有助觀測(cè)線纜上是否有太多噪音干擾。同時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸中的‘嘈雜’也意味著終端問(wèn)題。這個(gè)工具還可以附加另一個(gè)顯示方法：信號(hào)Signal（現(xiàn)場(chǎng)Field）模式，它能有選擇地顯示CAN數(shù)據(jù)庫(kù)的信號(hào)，觀測(cè)CAN/ NMEA2000的應(yīng)用層。

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