汽车总线测试方案

CAN总线测试解决方案CAN总线测试解决方案1概述由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点，已在汽车、船舶、航天、医疗、工业测控与工业自动化等领域得到广泛的应用，成为了应用最广泛的现场总线之一。在CAN总线开发流程中，需要对所开发的CAN总线节点和总线系统进行验证与确认，既要检查所开发的CAN总线节点设备是否符合设计规范，即“是否正确的做了产品”，又要检查集成后的CAN总线系统是否满足初始需求，即“是否设计了正确的产品”。CAN总线测试可以分为单节点测试和总线系统集成测试两部分。在系统集成之前，需要对单个节点设备进行测试，用以确定节点工作正确并且不会干扰总线的正常通讯。总线系统集成测试则是将各个节点都连接形成完整的CAN网络，对集成后的系统进行测试以验证整个系统运行的完整性和正确性、系统的通讯鲁棒性、电器鲁棒性以及系统的容错自恢复功能等。不论是单节点测试还是系统集成测试，测试的内容按照通信层次可分为:„物理层测试验证CAN节点及CAN总线网络在电路设计、物理电平特性等方面的性能，保证节点能够正确连接入总线。„数据链路层测试测试单个节点的数据链路层参数，确保CAN网络集成后总线通信性能的一致性。„应用层测试包括应用层协议的测试、网络管理功能测试和故障诊断测试等方面的内容。通过此测试检测每个CAN节点是否按照系统的CAN总线通信规范实现了应用层协议，是否实现了相应的诊断功能，以及CAN网络集成后的网络管理功能是否达到了要求。CAN总线测试解决方案2CAN总线测试平台网络测试必须先进行单元测试，然后才是系统集成测试。针对单个节点和整个总线网络的CAN总线测试平台的组成结构分别如图1和图2所示。图2CAN总线测试系统：网络集成测试(二)USBI-使用CANoe模拟其他网络节点II-使用CANister模拟CAN节点图1CAN总线测试系统：单元测试CAN总线测试解决方案2.1单元测试单元测试中只有一个被测设备(UUT)。单节点的物理层测试主要目的是验证节点在电路设计、物理电平特性等方面的性能，这是保证节点能够正确连接入总线的基础。测试项目主要包括节点的电阻电容特性、节点差分电阻、总线终端电阻、CAN线上的物理电平特性等方面。数据链路层测试则包括了位定时测试、采样点测试、SJW测试等内容，该测试内容主要用以保证各个节点的通讯参数能够保持一致性，在组成网络时能够正常有效的工作。使用Vector公司提供的CAN总线干扰仪CANstressDR和网络示波器CANscope可以很好地实现对物理层和数据链路层的测试。CANstressDR是一种向CAN总线产生物理层和数据链路层干扰的设备，能够产生一系列的错误模式，实现以下功能：¾总线失效评估¾CAN系统失效¾电子控制单元协同开发测试¾CAN控制器的干扰¾可编程短路和断路CANscope则是一个便捷的CAN总线波形示波器，能够：¾显示总线CAN_H/CAN_L电平和差分电压¾使用眼图评估信号品质¾比较不同的电压曲线在物理层和数据链路层测试过程中，使用CANstressDR向被测单元制造出测试所需的干扰信号以及总线故障等测试环境，并使用网络示波器CANscope捕捉CAN总线物理层的电平信号，通过评估来验证和确认节点在电路设计、物理电平特性等方面的性能，确保节点能够正确接入集成后的网络。CAN总线测试解决方案单节点应用层测试则包括了上层应用协议的测试、网络管理功能的测试、故障诊断测试和功能测试等方面的内容。主要包括：数据库使用正确性测试、通讯周期准确性测试、节点休眠唤醒功能测试、网络管理功能测试、网关测试、错误帧频率测试、电压影响测试、总线物理故障测试、节点故障自恢复能力测试、通讯失败的故障诊断功能测试等。在实验室环境下，通过CAN卡与被测单元建立CAN通信连接，通过I/O接口电缆IOcab获取被测单元的I/O信号（如图1-I所示）。这样，就可以在PC机上使用CANoe软件建立网络中其它节点的仿真模型，以半物理仿真的形式测试被测单元的功能和通讯性能。CAN总线系统级设计和分析软件CANoe为单元测试提供的多种具有不同功能的分析评估窗口，如文本数字形式的总线报文跟踪Trace窗口、信号观测Data窗口，图形化信号时域行为动态显示Graphics窗口等。这些强大的分析评估窗口为CAN节点单元测试提供了便利。在现场环境下，可使用Vector提供的手持式快速原型CAN节点设备CANister模拟网络中的其它节点对被测单元进行测试。CANister具有丰富的I/O接口和标准的CAN总线接口，并可以通过配置软件方便地设置其软件功能，很好地模拟网络中的其它节点。通过CANister向被测单元输入CAN报文和相应的I/O信号，然后观察被测单元的控制动作，就可以对被测单元的功能进行逐一测试。2.2CAN总线集成测试在单个节点测试通过后，需要将所有节点连入网络，进行CAN总线系统集成测试，测试集成后的网络性能。在集成测试过程中，仍然利用Vector提供的测试软件CANoe观测总线通信的报文以及信号，检测总线的错误帧、总线负载率等信息。CANoe还提供了测试软件包，能够使用扩展的编程功能编写测试流程,控制CANstressDR、CANscope等工具，并支持XML编写的测试脚本，实现自动化测试流程，将测试结果自动生成XML和HTML测试报告。CAN总线测试解决方案集成测试包含了更多的物理层和数据链路层测试项目，仍然使用CANscope和CANstressDR进行。在系统集成后，需要观测系统长期工作的稳定性。这时候可以使用Vector提供的CAN总线记录仪CANcaseXLlog。通过PC机配置软件设置好CANcaseXLlog的工作方式后，CANcaseXLlog可以在无人值守的条件下自动记录CAN总线上发生的报文。测量过程记录的总线数据可以方便地在CANoe中进行回放，为工程人员进行事后离线分析提供了便捷的途径。3测试设备列表名称说明生产商CANoeCAN总线开发和测试分析软件VectorCANcardXLCAN接口卡VectorCANcab251/1054高速/低速CAN收发器VectorIOcab8444optoCANcardXLI/O接口线缆VectorCANscopeH/LCAN总线（高速/低速）波形示波器VectorCANstressDRCAN总线干扰仪VectorCANisterHL手持式CAN快速原型节点VectorCANisterConfiguratorCANister配置软件VectorCANcaseXLlogCAN总线数据记录仪Vector4设备功能描述4.1CANoe现代系统中，随着网络的增加，其开发工作越来越依赖于合适的开发工具。而CANoe就是一个强大的工具，它支持网络系统从系统级设计到实现的整个开发流程。CAN总线测试解决方案性能／优点由于其开放式架构，CANoe能够解决复杂的任务，并适用于特殊的应用。CANoe为整个分布式网络的仿真和分析，提供了基于图像和基于文本的建模和评估窗口（Evaluationwindows）。针对监控和控制任务，以及生产装配过程，可创建直观的用户控制平台。还集成了用于测试的“TestFeatureSet”和用于诊断的“DiagnosticFeatureSet”软件包。功能CANoe提供针对产品周期中所有阶段的专业功能。包括模型创建、仿真、功能测试、诊断和分析。应用领域CANoe是产品周期所有步骤中的首要工具。¾通信设计/模型创建新的工程项目的首要任务是在数据库中定义信息库并在CANoe中创建模型。¾通信确认在整个系统的功能分布，功能测试以及系统集成时支持系统响应。CAN总线测试解决方案¾残余总线（RemainingBus）仿真/功能测试残余总线仿真给供应商提供一个理想的测试环境，可针对整个系统或有效的ECU（电控单元）和模块，进行集成测试。另外，用户可以在osCANLibrary的帮助下直接运行控制器代码。¾测试CANoe支持通过“TestFeatureSet”专用功能对ECU和网络进行测试。利用这些工具可以通过测试验证每个开发步骤，检查原型，或者进行回归和一致性测试。另外，TestServiceLibrary中的检查和激励功能可以方便的测试和实现用户自己的测试环节。在测试设置（TestSetup）窗口中可以看见已创建的系统。所有改变测试设置参数的操作都可以在该窗口中进行。在一个CANoe配置中可以调用多个测试设置。一个测试设置包含测试模块（TestModules），发生器（Generator）和回放（Replay）模块。¾诊断CANoe可以分析KWP2000通讯。诊断控制台（DiagnosticsConsole）——“DiagnosticFeatureSet”的一部分——可以在CANdela-Studio的诊断描述文件的基础上提供对诊断服务的交互式访问功能。诊断需求可以选择，参数化，并在它们相关的响应中显示。FaultMemoryConsole提供了快速而简便的访问ECU故障存储区域的功能。所有的参数都可以以符号方式显示。¾分布式开发/集成相互独立且并行的网络节点开发可以由多个供应商（并行工程）来共同完成。系统可以通过使用不同硬件和软件接口的方法来进行扩展。Vector提供丰富的对于系统或单个ECU的分析评估功能。可选项及协议下面列出的可选项以及协议对CANoe来说都是有效的，并且可以按照需要联合使用。包含的选项和协议有：LIN、MOST、FlexRay、CANopen、J1939、NMEA2000、CAN总线测试解决方案ISO11783和osCAN库。CANdb++该产品包括CANdb++Editor，一个界面友好的数据库管理程序，可以创建和修改数据库。可编程能力用户可编程就意味着用户可以按自己的要求对CANoe的功能进行扩展。在数据流程图的任意节点里都可以插入模块模型，并且可以编写用户自己的程序来实现功能。CAPL就是用来实现可编程能力的编程语言，它是面向应用的类C语言。并且包含了交互式的开发环境，在这个环境下，用户能容易的创建、修改、编译CAPL的程序。网络节点模型和面板网络节点模型以CAPL程序模块形式添加到仿真结构中去。通过使用CAPL生成器可以自动的或者手动的从数据库创建网络节点。面板编辑器以及面板生成器支持用户针对网络节点模型创建图形化的用户控制和显示面板。CAN总线测试解决方案开发平台通过CANoe和osCANLibrary，用户可以通过使用真实的ECU代码，在开发的早期阶段完成系统集成。这就使得针对不同ECU的软件可以在脱离对应硬件平台的情况下达到成熟的开发水平。硬件接口CANoe可以支持Vector提供的所有总线接口。外围的ECU信号通常可以通过系统测试接入到系统中来。这些信号常常作为环境变量读入或者输出到端口来完成某个仿真。。4.2CANcardXL移动和固定CAN和LIN网络的开发、仿真、测试及维护需要高性能、容易使用、适应性强的硬件接口，具有紧凑型PC卡特点的CANcardXL就是用于笔记本电脑的理想选择。特征由于其强大的处理器和灵活的硬件设计，CANcardXL能够较好地适应现在及将来CAN总线测试解决方案的应用。CANcardXL的特点如下：¾PC卡（类型II）¾32位处理器，64MHz主频¾2个完全独立的通道¾支持CAN2.0B和LIN¾收发器集成在电缆上（CANcabs）¾即插即用功能CANcardXL功能特点包括：¾收发数据和远程祯¾无干扰侦听CAN总线活动¾检测和产生错误祯¾板载报文缓存器¾时间同步¾若干卡可同时工作特殊功能与Vector的其它PCMCIA接口卡相比，CANcardXL具有如下的特殊功能：¾对LIN总线的访问¾较大的吞吐量（每秒35000个消息）¾精细的时戳（1μs）¾对消息预处理从而减轻PC负担¾在用户现场FPGA可以升级¾精细的总线负载测量¾同过外部连接，可以与其它硬件进行同步应用领域通过CANcardXL，Vector提供了新一代总线接口卡，适用于一般的和高端的应用，如那些对