Datenbusse mit dem Oszilloskop analysieren

Oszilloskope der Serie WaveRunner 6 Zi von Teledyne LeCroy beinhalten komplexe Decodier- und Trigger-, Mess- und Analysefunktionen für Messungen an mehreren seriellen Datenbussen gleichzeitig.LeCroy

Für die Analyse der Signalgüte und zur Fehlersuche sind Oszilloskope das bevorzugte Werkzeug eines jeden Entwicklers. Die Analyse von komplexen Bussystemen ist bisher aber immer noch die Domäne von dezidierten Protokollanalysatoren. Mehr und mehr beherrschen nun aber auch moderne Oszilloskope die komplexen Decodier- und Triggerfunktionen in seriellen Bussystemen, die bisher nur Protokollanalysatoren vorbehalten waren. Für die Analyse von vernetzten Systemen sind neben einer parallelen Decodierung von mehreren seriellen Bussen auch zusätzliche Mess- und Analysefunktionen notwendig. Kombiniert mit den klassischen Funktionen eines Oszilloskops bieten sich dem Entwickler ganz neue Möglichkeiten der Fehleranalyse, übergreifend von der physikalischen Ebene bis hin zur Protokollebene.

Unscharfes Triggern

Die Triggerfunktion ist für eine Fehlersuche immer noch das wichtigste Hilfsmittel. Schon einfache Geräte bieten heute Trigger- und Decodierfunktionen, die vor einigen Jahren nur in Geräten der Oberklasse verfügbar waren. Für eine Fehlersuche in Bussystemen ist es wichtig, dass der Trigger in Hardware und nicht nur mit Software realisiert ist. Beim Softwaretrigger erfolgt die Suche nach dem Triggerereignis nach der Erfassung im Speicher des Geräts. Da das Oszilloskop aber nicht lückenlos abtasten kann, ist mit dieser Art des Triggers nicht sichergestellt, dass das Triggerereignis wirklich gefunden wird. Gerade sporadische Fehler sind häufig die Hauptursache für Systemausfälle.

Bild1: Moderne Oszilloskope bieten für viele spezielle Bussysteme Trigger- und Decodierfunktionen. Einstellbare Bedingungen wie größer, kleiner oder die Maskierung von einzelnen Bits bieten entscheidende Vorteile bei Fehlersuche.LeCroy

Auch beim Hardware-Trigger gibt es Unterschiede. Für eine tiefergehende Fehlersuche in vernetzten Systemen sind die Triggerfunktionen vieler Analysegeräte oftmals nicht ausreichend. Meistens gibt es nur einen Trigger auf eine feste Adresse oder auf feste Dateninhalte. Oftmals ist aber ein Trigger auf unscharfe Bedingungen erforderlich, damit kann auf Dateninhalte getriggert werden kann, die einen definierten Wertebereich über- oder unterschreiten oder  einen unerlaubten Zustanden annehmen.
Weil ein Temperatursensorsignal beispielsweise nicht vorhergesagbar ist, wird die Triggerdefinition „größer als“ benötigt, um sicher auf die Temperaturüberschreitung zu triggern. Für Bussysteme mit mehreren Teilnehmern ist eine unscharfe Triggerung notwendig, um herauszufinden, ob eine fehlerhafte oder ungültige Adresse im Netzwerk gesendet wird.

Eine andere unscharfe Triggerfunktion ist das Maskieren von einzelnen Bits im Adress- oder Dateninhalt, um beispielsweise ein Statusflag herauszufiltern. Hilfreich sind dabei die Darstellung der Daten im Binärformat und die Triggerbedingung „Don‘t Care“ für nicht relevante Bits. Ohne diese Maskierungsfunktion müsste auf ein vollständiges Datenwort getriggert werden, in dem dieses Statusbit enthalten ist. Wenn ein Datenwort aber auch nicht trigger-relevante Bits enthält, deren Wert zudem oftmals nicht vorhersagbar ist, kann auf einen Dateninhalt mit festen Werten nur unzureichend getriggert werden.

Bild2: Oszilloskope von LeCroy erlauben eine gleichzeitige Decodierung von bis zu vier unterschiedlichen Protokollen mit patentierter farblicher Überlagerung der Decodierung.LeCroy

Dateninhalte analysieren

Neben dem Trigger ist die Analyse der Daten eine wichtige Funktion der Decoder in einem Oszilloskop. Um die decodierten Daten den Signalen zuordnen zu können, ist eine direkte Darstellung der decodierten Inhalte zusammen mit dem Signalverlauf notwendig. Eine farbliche Unterscheidung der Inhalte nach Adressen, Daten, CRC und weiteren hilft hier den Überblick zu behalten. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass die farbliche Zuordnung für die unterschiedlichen zu analysierenden Busse durchgängig ist. Für komplexe Bussysteme wie sie heute in jedem Fahrzeug vorkommen, ist die gleichzeitige Analyse von mehreren Bussystemen notwendig. Da die Oszilloskope meistens nur über vier Eingangskanäle verfügen, reichen diese für eine gleichzeitige Analyse von mehreren Bussystemen nicht aus. Eine Lösung hierfür ist die Verwendung der digitalen Kanäle eines Mixed-Signal-Oszilloskops. Daneben gibt es bei der Serie WaveRunner 6Zi von Teledyne LeCroy auch die Möglichkeit, zwei Geräte zu einer Acht-Kanal-Lösung zu verbinden, womit die gleichzeitige Darstellung und Decodierung von acht analogen Signalen möglich ist. Bei dieser Funktion übernimmt ein Gerät die Rolle des Masters. Über den LeCroy LBUS wird der Slave vom Master gesteuert und getriggert und die Daten werden automatisch und auf beiden Geräten zeitsynchron dargestellt.

Bild3: Das sinusförmige Signal entsteht durch eine Decodierung der CAN-Botschaften aus Kanal 1. Es lässt sich ähnlich wie ein analoges Signal mit den Oszilloskopfunktionen messen.LeCroy

Signalübertragungszeiten messen

Bei Gateways muss oftmals die korrekte Datenübersetzung von Bus A zum Bus B überprüft werden. Neben der inhaltlich richtigen Übersetzung ist auch die dafür erforderliche Zeit ein kritischer Faktor. Aus diesem Grund hat Teledyne LeCroy die Möglichkeit integriert, Zeitmessungen zwischen Daten von unterschiedlichen Bussen automatisch durchzuführen. Neben der Messung von Zeiten zwischen zwei Bussen gibt es auch Messparameter, die die Zeit von einem analogen Signal zu einem Datenwort messen. Diese Funktion eignet sich um zum Beispiel die Reaktionszeit eines Sensors auf die Änderung des Sensorsignals zu messen.

Dateninhalte graphisch darstellen

Die graphische Darstellung von Dateninhalten ist eine interessante Ergänzung und ermöglicht auf einer vollkommen neuen Art und Weise Probleme und Fehler im Dateninhalt zu erkennen. Mithilfe dieser Funktionen kann die Änderung von Dateninhalten sichtbar gemacht und analysiert werden. In Bild 3 wird der Dateninhalt eines Drehgebers, der seine Daten über den CAN-Bus überträgt, graphisch dargestellt. Sehr gut ist zu sehen, dass der Sensor bei der Drehung einen verzerrten Sinus ausgibt, was auf einen Fehler im System zurückschließen lässt. Ohne die graphische Aufbereitung wäre es sehr schwierig diese Unzulänglichkeit festzustellen. Zusätzlich erlaubt es die Teledyne LeCroy Software im Oszilloskop, diese decodierten Daten genauso wie analoge Eingangssignale zu behandeln und, wie hier im Beispiel, eine direkte Messung beispielsweise der Frequenz durchzuführen.

(jwa)