Keysight Technologies オシロスコープ測定ツールによる 車載用シリアルバスの効果的なデバッグ Application Note はじめに CAN、CAN FD、LIN、SENT、FlexRayなどの車載用シリアルバスのデバッグ／特性評価にオシロスコープが 使用されていますが、その主な理由は、オシロスコープ本来の機能でこのような信号のアナログ品質を評価 できるからです。オシロスコープによるアナログ特性評価は「物理層」測定と呼ばれます。一方、シリアル バス・プロトコル・アナライザは、 「アプリケーション層」の測定に最適化されています。このような測定器は、 上位の抽象化されたレベルのデータフローをトレースすることに主眼がおかれ、物理層測定機能はほとんど 備えていません。オシロスコープがシリアルバス・プロトコル・アナライザの代わりにならないように、シ リアルバス・プロトコル・アナライザもオシロスコープの代わりにはなりません。車載用シリアルバス・ア プリケーションには、通常、両方が必要です。 今日、さまざまなメーカーから市販されている多くのオシロスコープで、車載用アプリケーション専用のオ プションが用意されています。Keysight InfiniiVisionシリーズ オシロスコープでは、キーサイトしか実現で きない以下の独自測定機能により、車載用シリアルバスの物理層を効率よくデバッグ／評価できます。 ・ ハードウェアベースのCAN-dbcシンボリックデコード／トリガ機能 ・ 業界唯一のハードウェアベースLIN-ldfシンボリックデコード／トリガ機能 ・ 最高速の波形更新速度でトランジェント信号を捕捉可能 ・ CAN/CAN FD/LIN/SENT/FlexRayのハードウェアデコード機能 ・ CAN/FlexRayアイダイアグラム・マスク・テスト機能 ・ デュアルバスのタイム・インタリーブ・プロトコル・リスター表示 ・ リアルタイム・フレーム・カウンターによるバス使用率の測定 ・ セグメントメモリの利用とフレームデコードのリスト表示 ・ 車載用オプションを備え、バッテリー動作が可能 ・ FlexRay物理層コンフォーマンス・テスト・ソフトウェアとテストレポート機能 ・ CAN/CAN FD/LIN/SENT/FlexRayオプションを使用できる最も安価なオシロスコープ 3 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note 最高速の波形更新速度 CAN/CAN FD/LIN/SENT/FlexRayの ハードウェアデコード機能 図1：1,000,000波形／秒の更新速度により、他のオシロスコープでは見逃 してしまうような発生頻度の低いグリッチ／ジッタを容易に捕捉できます。 3000/4000 Xシ リ ー ズ オ シ ロ ス コ ー プ は、 キ ー サ イ ト 独 自 の MegaZoom IVテクノロジーにより1,000,000波形／秒の速度で波 形を更新できます （最高更新速度は、2000 Xシリーズでは50,000波 形／秒、6000 Xシリーズでは450,000波形／秒）。車載用シリア 図2：ハードウェアデコード機能により、他のオシロスコープでは見逃がし てしまうような、エラーフレームを伴う発生頻度の低いCAN FDのスタッ フ・ビット・エラーも捕捉／表示できます。 オシロスコープの応答速度は低下しません。応答性の優れたオシ 現在市販されているオシロスコープで、CAN、CAN FD （3000T/ 4000 Xシリーズ）、LIN、SENT（3000T/4000 Xシリーズ）、FlexRay （3000/4000/6000 Xシリーズのみ）のシリアルバス・ハードウェ アデコード機能があるのは、Keysight InfiniiVisionシリーズ オシ ロスコープでは測定器の操作性が向上するだけでなく、車載用デ ロスコープだけです。ハードウェアデコードにより、デコードト ザインで問題になる発生頻度が低いイベントの捕捉確率も向上し レースをほぼリアルタイムに更新できます。これにより、スタッ ルバス・アプリケーションで必要になる大容量捕捉メモリを用い て長い波形を捕捉している間も、Keysight InfiniiVisionシリーズ ます（図1参照）。他社のオシロスコープでは、大容量メモリを使用 フエラー、フォームエラー、Ackエラー、CRCエラー、エラーフレー したときに波形更新速度が大幅に低下する場合があります。これに ムなど、発生頻度の低いシリアルバス通信のエラーを捕捉できる よりオシロスコープの操作性が低下し、発生頻度の低いグリッチを 確率が向上します（図2参照）。 発見できる確率も低下します。 CAN、LINのシンボリック・レベル・デコード／ オシロスコープの波形更新レートについての詳細は、このドキュ メントの末尾に記載されているキーサイトのアプリケーション ノート『発生頻度の低いイベントの捕捉確率を決定する、オシロ スコープの波形更新速度』を参照してください。 トリガ機能 InfiniiVision 3000T/4000/6000 Xシ リ ー ズ にDSOX T3AUTO/ DSOX4AUTO/DSOX6AUTOオプションを搭載すれば、標準機能 としてCAN-dbcとLIN-ldf （6000 Xシリーズを除く）のシンボリッ ク・レベル・デコード／トリガ機能を使用できます。ユーザー独 自のCAN、LINネットワークを定義した業界標準の.dbcまたは.ldf ファイルを容易にインポートでき、メッセージや信号を「Speed: 2.9016 krpm」のように意味がわかる用語で自動的に変換します （図3参照） 。 図3：CAN-dbcシンボリック・デコード／トリガ機能 4 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note CAN/FlexRayアイダイアグラム・マスク・ テスト機能 図4：CANアイダイアグラム・マスク・テスト機能を使用すれば、全フレー ム／ビットから、伝搬遅延を含む振幅の変動やタイミングの不確かさがわ かります。 図5：FlexRayアイダイアグラム・マスク・テストによって表示された物 理層の重要な問題（特定のFlexRayレシーバー入力をプローブ）。 今日の車載用バスの主流は差動CANバスです。現在市販されてい だけです。 Keysight InfiniiVisionシリーズ オシロスコープでは、CAN/CAN FDだけでなくより高速の差動FlexRayバスのアイダイアグラム・ マスク・テストも可能です（3000/4000/6000Xシリーズのみ）。 図5は、FlexRayレシーバー入力での「TP4」アイダイアグラム・ オシロスコープのアイダイアグラムにより、1回の測定で物理層 タ―が見られ、立ち上がり／立ち下がりが遅く、ビットがシフト の総合的な品質を複合的に測定できます。差動CANバスのすべて しています。これらが合否マスクに交差するため、テストは不合 のrecessiveビットとdominantビットが重ねて表示され、全フレー 格になります。 るオシロスコープで、CANバスのアイダイアグラム合否測定を実 行できるのは、Keysight InfiniiVision Xシリーズ オシロスコープ マスク・テストの例です。この測定例では、エッジに大きなジッ ムの全ビットからワーストケースの振幅／タイミングを確認でき ます（図4参照）。InfiniiVision Xシリーズ オシロスコープのCANア 差動車載用バスのアイダイアグラムテストについての詳細は、こ イダイアグラム測定では、システム内の異なるノードから送信さ のドキュメントの末尾に記載されているキーサイトのアプリケー れたフレームの振幅変動だけでなく、フレームのArbitration/ ションノート『CAN Eye-diagram Mask Testing』と『FlexRay Acknowledgementフェーズ中の伝搬遅延もクリアに表示でき 物理層のアイダイアグラム・マスク・テスト』 を参照してください。 ます。 またCAN FDアイダイアグラム・マスクテストも実行可能です （3000T/4000 X-シリーズのみ）。CAN FDアイダイアグラムは、 全てのフレームのFDフェーズの最初の10のビットを基準にします。 5 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note デュアルバスのタイム・インタリーブ・プロトコル・ リスター表示 リアルタイム・フレーム・カウンターによる バス使用率の測定 図6：タイムインタリーブリスターのデュアル表示により、CAN‐LIN間のゲー トウェイを経由したデータのトラッキングが容易になります。 図7：リアルタイム・フレーム・カウンターとバス使用率測定により、 CAN/FlexRayシステムを特性評価できます。 図7a.リアルタイム・フレーム・カウンターの拡大表示 現在市販されているオシロスコープでシリアルバスオプションを 現在市販されているオシロスコープで、CAN/FlexRayアプリケー 搭載したものの多くは、2つのフォーマットでデコードしたデー ション用に、全フレーム、エラーフレーム（CAN、CAN FD）、同 タを表示できます。そのうちの1つは、複数のデコードトレース 期フレーム（FlexRay）、nullフレーム（FlexRay）などの検出フレー を捕捉波形と時間相関させて表示するものです。このデコードト レースは、オシロスコープのタイムベースが単一のフレームを表 ム 数 を リ ア ル タ イ ム に カ ウ ン ト で き る の は、Keysight InfiniiVision Xシリーズ オシロスコープだけです。このようなフ 示するようにセットアップされている場合に主に使用できます。 レーム・カウンターは、オシロスコープが捕捉を停止していると Keysight InfiniiVisionシリーズ オシロスコープでは、時間相関デ きでも常に動作しています（図7参照）。図7aは、リアルタイム・ コードトレースは、ディスプレイの一番下の辺り（波形の下）に常 フレーム・カウンターの拡大表示です。この測定でオシロスコー に表示されています。2つ目のデコードフォーマットは、キーサ プのデッドタイムが発生することはありません。 イトでは「リスター」表示と呼んでいます。リスター表示では、 デコードデータが、特定のプロトコル用のフィールドに基づいて ラベル付けされた列に表形式で表示されます。 CANシステムの特性評価では、バス使用率（バス負荷）の測定（%） も重要です。この測定では基本的に全時間に対するフレーム時間 の割合を測定します。CANネットワークで「バス負荷」が非常に 今 日 の 自 動 車 で は 制 御 ／ モ ニ タ ー 用 にCAN、CAN FD、LIN、 SENT、FlexRayバスなどさまざまなバスを使用しています。この 高い場合、バスの競合やエラーが発生する可能性が高くなります。 ようなバス内のデータを、あるバスから別のバスに渡す必要があ 難になる可能性もあります。 る場合があります。自動車メーカーは「ゲートウェイ」と呼ばれ るチップを使用してバス間でデータをやり取りします。現在市販 されているオシロスコープで、2本のバスからタイムインタリー ブされたデコードデータを同一リスター上に表示できるのは、 Keysight 3000/4000/6000 Xシリーズ オシロスコープだけです （図6参照）。この例では、LINバスフレームが緑色で、CANバス フレームが青色で表示されています。タイムインタリーブ表示に より、あるバスから別のバスに渡された可能性のあるデータを容 易にトレースできます。市販されている他のオシロスコープは、 1つのリストを表示するか、2つのリストを並べて表示するだけで す。並べて表示された2つのリストでバス間のデータ転送をトレー スするのは非常に困難です。 さらに、優先順位の低いメッセージがバスにアクセスするのが困 6 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note セグメントメモリの利用とフレームデコードの リスト表示 車載用オプションを備え、バッテリー動作が可能 1,000番目のセグメント（203.89秒） 図9：Keysight 6000シリーズ オシロスコープのバッテリー／車載用バス オプション 図8：セグメントメモリと自動デコードにより、エラー間に正確なタイムタ グを挿入して、1,000個の連続したSENT高速チャネルのCRCエラーを選択 して捕捉できます。 自動車エンジニアは、多くの場合、シリアルデータの複数の特定 他社のオシロスコープでもセグメントメモリを使用できるものが フ レ ー ム の み を 選 択 し て 捕 捉 す る 必 要 が あ り ま す。 例 え ば、 ありますが、InfiniiVisionシリーズに実装されたセグメントメモリ SENTエラーが発生したときだけ（エラーが発生しない間の信号を は、自動的にフレームをデコードできるだけでなく、セグメント 捕捉せずに）捕捉したい場合があります。セグメントメモリを使 メモリからデコードフレームをプロトコルリスターに表示できま 用できない場合、超大容量メモリを備えたオシロスコープを使用 す。これができるのはInfiniiVisionシリーズだけです。 して、必要なフレームだけでなくすべてのフレームを含む非常に 長いレコードを捕捉して、後で全メモリを解析するしかありませ セグメントメモリについての詳細は、このドキュメントの末尾に ん。これはコストも時間もかかり困難です。 記載されているキーサイトのアプリケーションノート 『Segmented Memory for Serial Bus Applications』を参照して Keysight InfiniiVisionシリーズでは、各フレーム間に正確なタイ ムタグを挿入して最大1,000セグメント（2000 Xシリーズでは最 大250セグメント）を捕捉するようにオシロスコープを設定できま ください。 す。その後、自動デコード（時間相関デコードトレースおよびリ 多く、実際の運転条件でテストする必要もあります。市販されて スター）によってそれらを個々に調査できます（図8参照）。この測 いるオシロスコープで、自動車業界の常識であるバッテリーオプ 車載用システムはフィールドでテストしなければならない場合が 定例では、SENT高速チャネルのCRCエラーのみを捕捉していま シ ョ ン と シ リ ア ル バ ス オ プ シ ョ ン の 両 方 を 搭 載 で き る の は、 すが、特定のエラー間の時間を測定するのが非常に容易になり、 Keysight 6000シリーズ オシロスコープだけです（図9参照）。 エラーが送信されたときにデータを出力するセンサもトラッキン グできます。この例では、1,000個の連続したSENT CRCエラー が選択的に捕捉され、最後の捕捉エラーが最初の捕捉エラーの 200秒後に発生していることがわかります。従来のオシロスコー プメモリ （非セグメント）を用いてこの大量のデータを捕捉するに は、300Mポイントの捕捉メモリが必要になります。 7 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note FlexRay物理層コンフォーマンス・テスト・ ソフトウェアとテストレポート機能 CAN/LINシリアルバス・オプションを搭載できる 最も安価なオシロスコープ 図11：Keysigh DSOX2002Aオシロスコープ Keysight 2000 Xシリーズ オシロスコープは、CAN/LINバス用の シリアルバストリガ／ハードウェアデコード機能を使用できる市 場で最も安価なオシロスコープです。2チャネル/70 MHz帯域幅 図10：Keysight FlexRay物理層コンフォーマンス・テスト・ソフトウェア・ パッケージのテストレポート のDSOX2002A （図11参照）にDSOX2AUTO CAN/LINトリガ／デ コードオプションを搭載しても、約1,800ドルで購入できます。 他社のオシロスコープには、このような低価格で同様の車載用シ リアルバス／ハードウェアデコード機能をサポートしているもの Keysight InfiniiVision 3000/4000/6000 Xシリーズ オシロスコー プのFlexRayオプションには、FlexRay物理層コンフォーマンス・ テスト・ソフトウェア・パッケージが標準で付属しています。こ のソフトウェアは、オシロスコープに接続したPCで動作します。 オシロスコープ業界で最も包括的なFlexRay物理層テスト・パッ ケージで、完全なテストレポート機能も備えています（図10参照）。 はありません。 Keysigh InfiniiVision 2000 Xシリーズ オシロスコープについての 詳細は、このドキュメントの末尾に記載されているデータシート 『InfiniiVision 2000 Xシリーズ 新・定番オシロスコープ』を参照 してください。 8 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note まとめ 今 日、 主 要 な オ シ ロ ス コ ー プ メ ー カ ー は す べ て、CAN/LIN/ に特性評価／デバッグできます。Keysight InfiniiVisionシリーズ FlexRayシリアルバスデータのトリガ／デコード／検索オプショ オシロスコープについての詳細は、以下のデータシートおよびア ンを提供し、選択肢は豊富にあります。このアプリケーションノー プリケーションノートを参照してください。車載用アプリケー トでは、Keysight InfiniiVisionシリーズ オシロスコープ独自の特 ションに関するショートビデオを表示するには、以下のURLをご 徴を中心に紹介しました。キーサイトのオシロスコープの多彩な 覧ください。 独自機能を使用すれば、車載用シリアルバスの物理層をより迅速 www.keysight.co.jp/find/scopes-auto 関連カタログ カタログタイトル カタログタイプ カタログ番号 『InfiniiVision 2000 Xシリーズ 新・定番オシロスコープ』 Data Sheet 5990-6618JAJP 『InfiniiVision 3000T X-シリーズ 新・定番オシロスコープ』 Data Sheet 5992-0140JAJP 『InfiniiVision 4000 Xシリーズ オシロスコープ』 Data Sheet 5991-1103JAJP 『InfiniiVision 6000 Xシリーズ オシロスコープ』 Data Sheet 5991-4087JAJP 『InfiniiVision 3000 Xシリーズ 新・定番オシロスコープ用シリアル・バス・ アプリケーション』 Data Sheet 5990-6677JAJP 『発生頻度の低いイベントの捕捉確率を決定する、オシロスコープの波形更新速度』 Application Note 5989-7885JAJP 『CAN-dbcシンボリックトリガ／デコードによる自動車デザインのデバッグの 高速化』 Application Note 5991-2847JAJP 『CAN Eye-diagram Mask Testing』 Application Note 5991-0484EN 『FlexRay物理層のアイ・ダイアグラム・マスク・テスト』 Application Note 5990-4923JAJP 『Using Segmented Memory for Serial Bus Applications』 Application Note 5990-5817EN これらのドキュメントをダウンロードするには、次のURLにカタログ番号を入れてください。 http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/XXXX-XXXX 製品ウェブサイト 最新の詳細なアプリケーション／製品情報については、下記の製品ウェブサイトを参照してください。 www.keysight.co.jp/find/morescope キーサイト・テクノロジーのオシロスコープ 20 MHz ∼ 90 GHz以上でさまざまなサイズ、業界最高レベルの仕様と、幅広いアプリケーション 09 | Keysight | オシロスコープ測定ツールによる車載用シリアルバスの効果的なデバッグ - Application Note myKeysight www.keysight.co.jp/find/mykeysight ご使用製品の管理に必要な情報を即座に手に入れることができます。 www.axiestandard.org AXIe（AdvancedTCA® Extensions for Instrumentation and Test）は、 AdvancedTCA®を汎用テストおよび半導体テスト向けに拡張したオープン規格 です。Keysightは、AXIeコンソーシアムの設立メンバです。 www.lxistandard.org LXIは、Webへのアクセスを可能にするイーサネットベースのテストシステム用 インタフェースです。Keysightは、LXIコンソーシアムの設立メンバです。 www.keysight.com/go/quality Keysight Technologies, Inc. DEKRA Certified ISO 9001:2008 Quality Management System 契約販売店 www.keysight.co.jp/find/channelpartners キーサイト契約販売店からもご購入頂けます。 お気軽にお問い合わせください。 www.keysight.co.jp/find/2000X-Series www.keysight.co.jp/find/3000X-Series www.keysight.co.jp/find/4000X-Series www.keysight.co.jp/find/6000X-Series © Keysight Technologies, 2012 - 2015 Published in Japan, April 10, 2015 5991-0512JAJP 0000-00DEP www.keysight.co.jp
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