CAN總線(xiàn)系統測試技術(shù)簡(jiǎn)介

引 言

隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)上所用的電控單元不斷增多，電控單元之間信息交換的需求促進(jìn)了車(chē)用總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。CAN總線(xiàn)即控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)，由Bosch公司于1981年制定，主要目的為用作汽車(chē)的高速動(dòng)力總線(xiàn)、中速車(chē)身總線(xiàn)等。由于CAN總線(xiàn)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、成本合理等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被廣泛應用于其他領(lǐng)域中，例如船舶、航天、工業(yè)測控、工業(yè)自動(dòng)化、電力系統、樓宇監控等，成為了廣泛使用的現場(chǎng)總線(xiàn)之一?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/CAN總線(xiàn)">CAN總線(xiàn)協(xié)議，還發(fā)展出CANopen、J1939、DeviceNet等多種上層總線(xiàn)協(xié)議。

CAN是一種開(kāi)放式多主站線(xiàn)性結構的總線(xiàn)，使用雙絞線(xiàn)作為連接介質(zhì)連接所有節點(diǎn),最高傳輸速率為1Mbit/s。CAN總線(xiàn)使用載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn) /沖突檢測(CSMA/CD)技術(shù)這種非破壞性的總線(xiàn)仲裁方式，避免多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始發(fā)送消息而造成總線(xiàn)沖突，保證優(yōu)先級高的報文能夠優(yōu)先發(fā)送而不需要額外的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。CAN協(xié)議不對節點(diǎn)進(jìn)行地址規定，而是使用報文的標識符來(lái)指定報文的優(yōu)先級以及報文的內容。同時(shí)，CAN總線(xiàn)協(xié)議提供了完善的錯誤檢測與錯誤處理機制，包括了CRC檢測、錯誤報文自動(dòng)重發(fā)、錯誤狀態(tài)判斷、臨時(shí)錯誤自動(dòng)恢復、永久錯誤自動(dòng)錯誤節點(diǎn)等措施，從而很好的保證了系統數據一致性。

圖1 系統開(kāi)發(fā)流程

1 CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)流程[3]

隨著(zhù)CAN總線(xiàn)技術(shù)應用在國內各個(gè)行業(yè)中廣泛使用，CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)流程及開(kāi)發(fā)方法也日益成為關(guān)注的重點(diǎn)。目前，基于開(kāi)發(fā)-驗證思想的V型開(kāi)發(fā)流程被廣泛用于CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如圖1所示。

OEM廠(chǎng)商首先定義CAN總線(xiàn)系統需求，并進(jìn)行系統構架設計，然后由供應商根據OEM廠(chǎng)商提出的需求，分析節點(diǎn)ECU的需求并進(jìn)行節點(diǎn)設計，再進(jìn)行軟硬件實(shí)現以及節點(diǎn)ECU集成，最后對ECU進(jìn)行測試驗證。供應商將所設計的節點(diǎn)ECU提供給OEM廠(chǎng)商，由OEM廠(chǎng)商進(jìn)行CAN總線(xiàn)系統的集成，并對系統進(jìn)行確認，才能形成最終的產(chǎn)品。

在V開(kāi)發(fā)流程中，測試始終貫徹著(zhù)整個(gè)開(kāi)發(fā)流程，以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中能盡早的發(fā)現設計問(wèn)題。供應商在節點(diǎn)ECU開(kāi)發(fā)的最后階段，需要對所開(kāi)發(fā)的ECU進(jìn)行驗證，檢查所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品是否符合所需的設計規范，即“是否正確的做了產(chǎn)品”。而OEM廠(chǎng)商在獲得供應商提供的各個(gè)節點(diǎn)ECU后，進(jìn)行系統集成，需要對 CAN總線(xiàn)系統進(jìn)行確認，檢查是否符合原始的需求，即“是否設計了正確的產(chǎn)品”。

因此，無(wú)論對于供應商開(kāi)發(fā)單節點(diǎn)ECU還是OEM廠(chǎng)商對整個(gè)系統進(jìn)行集成，都需要對節點(diǎn)以及總線(xiàn)系統進(jìn)行CAN總線(xiàn)測試，以完成驗證與確認的工作。

2 CAN總線(xiàn)測試

CAN總線(xiàn)測試內容可以分為單節點(diǎn)測試和總線(xiàn)系統集成測試兩部分。在每個(gè)節點(diǎn)連接到CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之前都需要進(jìn)行單節點(diǎn)測試，用以確定節點(diǎn)工作正確并且不會(huì )干擾總線(xiàn)的正常通訊?？偩€(xiàn)系統集成測試則是將各個(gè)節點(diǎn)都連接形成完整的CAN總線(xiàn)系統，對系統進(jìn)行測試以驗證系統運行的完整性及正確性、系統的通訊魯棒性、電器魯棒性以及系統的容錯自恢復功能等。

進(jìn)行CAN總線(xiàn)測試過(guò)程，首先需要制定測試規范，然后根據該測試規范編寫(xiě)測試案例，構建測試環(huán)境，并進(jìn)行測試實(shí)現，最終將測試所得的數據進(jìn)行分析，形成測試報告。

2.1 CAN總線(xiàn)測試規范

由于CAN總線(xiàn)基本協(xié)議的靈活性，目前并沒(méi)有一個(gè)統一的完整覆蓋CAN總線(xiàn)各個(gè)通訊層次的測試規范，而作為CAN總線(xiàn)技術(shù)使用最廣泛的汽車(chē)行業(yè)，各個(gè)汽車(chē)廠(chǎng)商也只是自行定義其轎車(chē)CAN總線(xiàn)協(xié)議，并根據該協(xié)議制定各自的測試規范。

因此制定CAN總線(xiàn)的測試規范，必須從相關(guān)的設計需求和規范文檔中提取測試需求，這些文檔可以包括CAN協(xié)議、總線(xiàn)系統設計時(shí)所依據的標準或協(xié)議 (例如ISO11898或J1939)、系統設計的需求、系統的診斷協(xié)議、以及其他行業(yè)性通訊規范。根據所提取的測試需要，將各個(gè)需求點(diǎn)對應為測試案例組。

將每組測試案例組在各測試節點(diǎn)上的實(shí)施稱(chēng)為測試案例。每個(gè)測試案例根據測試實(shí)現的過(guò)程，細分為一系列的測試步驟。對于每個(gè)測試案例，在測試結束時(shí)，都會(huì )存在一個(gè)測試結果，用以確定測試案例所對應的節點(diǎn)是否通過(guò)該測試需求點(diǎn)的測試。每個(gè)測試案例中，除了包含測試步驟的內容外，還包括了測試條件和測試環(huán)境兩部分內容。測試條件是測試案例實(shí)施之前，被測單元所需要具備的條件，例如系統已經(jīng)處于正常通訊等。而測試環(huán)境則是測試過(guò)程中，需要提供給被測單元的外部環(huán)境，例如供電電壓、信號線(xiàn)的連接情況等。

2.2 CAN總線(xiàn)測試內容

CAN總線(xiàn)測試內容可以按照通訊層次劃分為物理層測試、數據鏈路層測試、應用層測試等內容。

物理層測試主要目的是驗證節點(diǎn)及系統在電路設計、物理電平特性等方面的性能，這是保證節點(diǎn)能夠正確連接入總線(xiàn)的基礎。測試主要包括了節點(diǎn)的電阻電容特性、節點(diǎn)差分電阻、總線(xiàn)終端電阻、CAN線(xiàn)上的物理電平特性等方面。

數據鏈路層測試則包括了位定時(shí)測試、采樣點(diǎn)測試、SJW測試等內容，該測試內容主要用以保證各個(gè)節點(diǎn)的通訊參數能夠保持一致性，所組成的網(wǎng)絡(luò )能夠正常有效的工作。

應用層測試則包括了上層應用層協(xié)議的測試、網(wǎng)絡(luò )管理功能的測試以及故障診斷測試等方面的內容。其包括的內容可以是：數據庫使用正確性測試、通訊周期準確性測試、節點(diǎn)休眠喚醒功能測試、網(wǎng)絡(luò )管理功能測試、網(wǎng)關(guān)測試、錯誤幀頻率測試、電壓影響測試、總線(xiàn)物理故障測試、節點(diǎn)故障自恢復能力測試、通訊失敗的故障診斷功能測試等內容。由于CAN總線(xiàn)使用背景的不同，其應用層的內容也有很大差別，因此應用層測試的內容也存在較大差異，需要根據項目的設計需求以及設計文檔仔細制定應用層測試的內容。值得注意的是，對于CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )測試，其應用層測試一般不涉及功能測試的范圍，功能測試一般屬于ECU測試的范疇。

2.3 CAN總線(xiàn)測試方法

圖2所示為基于Vector公司提供的CAN總線(xiàn)測試工具所組建的CAN總線(xiàn)測試系統。

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